Патент на изобретение №2229873
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ФОСФАТНЫЙ ЦЕМЕНТ
(57) Реферат: Изобретение относится к получению биоматериалов, а именно имплантатов для заполнения дефектов в кости. Фосфатный цемент содержит сухую смесь и коллагенсодержащий биоапатит, при этом сухая смесь содержит дикальций фосфат, тетракальций фосфат, бикарбонат натрия, карбонат магния, фторид калия, компоненты берут в определенном количественном содержании, а содержание сухой смеси в цементе составляет 67,8-70,2 мас.%, композиционного коллагенсодержащего биоапатита 29,8-32,0 мас.%. Цемент достигает технические параметры имплантата, отвечающего по составу неорганической составляющей костной ткани. 2 табл. Изобретение относится к области технологии получения биоматериалов и может найти применение в медицине в качестве имплантатов для заполнения дефектов в кости. Известно [1] использование гидроксилапатита Са10(РO4)6(ОН)2 (ГА) как имплантата костной ткани в виде порошков, гранул, прессованных пластин. Этот материал по составу близок неорганической основе костной ткани, способен резорбироваться и замещаться костной тканью. Однако этот процесс происходит длительное время, а увлажненный материал не способен сохранять свою форму. Известен также фосфатный цемент с близким по составу и способу получения к заявляемому: на основе тонкодисперсной (1-10 мкм) смеси дикальцийфосфата – ДКФ состава 2CaO·P2O5·H2O(CaHPO4) и тетрафосфата кальция (ТТКФ) состава 4СаО·Р2O5/Са4(РO4)2O/ [2], [3], взятых в соотношении 27 и 73 мас.% соответственно. Непосредственно перед применением фосфатный цемент замешивается на воде или растворах фосфатов щелочных металлов, и паста вводится в дефект кости, где в течение 2 месяцев происходит переход материала в ГА: 2Са4(РO4)2О+2СаНРO4=Са10(РO4)6(ОН)2. Однако у рассматриваемого материала имеется неполное соответствие его химического состава составу костной ткани человека. С этой целью в работе [4] в фосфатный цемент (прототип) на основе ДКФ и ТТКФ дополнительно введены бикарбонат натрия, карбонат магния, окись кальция и серная кислота при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: ТТКФ 57,6-58,5, ДКФ 19,5-20,4, карбонат магния 4,3-4,5, бикарбонат натрия 4,5-4,7, серная кислота 7,5-7,9, окись кальция 5,1-5,5. В состав кости, кроме неорганической компоненты (ГА), входит и органическая фаза. Основу ее составляет белок (коллаген). Задачей изобретения является получение фосфатного цемента, отвечающего по составу неорганической составляющей костной ткани, в который дополнительно введен коллаген. Он необходим при образовании кости как среда, в которой формируются кристаллы ГА [5]. При этом достигаются технические параметры затвердевшего имплантата, представленные в табл.1. Этот технический результат достигается тем, что сухая смесь фосфатного цемента для заполнения полостей и дефектов в кости на основе дикальций фосфата (ДКФ) и тетракальций фосфата (ТТКФ) с добавками бикарбоната натрия (БКН) и карбоната магния (КМ) и фторида калия (ФК) замешивается на композиционном коллагенсодержащем биоапатите (ККГА) и цемент имеет состав, мас.%: Сухая смесь 67,8-70,2 ККГА 29,8-32,0 Состав сухой смеси: ТТКФ 62-68 ДКФ 27-32 KM 1,2-1,6 БКН 3,5-4,0 ФК 0,3-0,4 Заявляемые интервалы ингредиентов оптимизированы по: 1. Условиям быстрой цементации (затвердевания) цемента. При содержании ККГА менее 29,8% не происходит полного смачивания сухой компоненты цемента, при содержании ККГА более 32% происходит разжижение пасты и значительное увеличение времени затвердевания цемента, что осложняет процесс нанесения пасты на дефект кости. 2. Области гомогенности апатитной фазы. При содержании ТТКФ более 68%, а ДКФ менее 27% в имплантате после цементации (переходе пасты в фазу ГА) остается избыток фазы ТТКФ, который гидролизуется, создавая щелочную среду, которая вызывает асептическое воспаление и некроз прилежащей ткани. При содержании ТТКФ менее 62%, а ДКФ более 32% в имплантате после цементации наряду с фазаой ГА присутствуют фазы ТКФ и ДКФ. 3. Вариациям элементного состава костной ткани в зависимости от возраста человека и места замещения костной ткани в скелете человека. 
Введение коллагена в фосфатный цемент решает две задачи:
1. Ускоряет процесс формирование кристаллов ГА в имплантате, что приводит к сокращению времени заживления (регенерации) дефекта кости.
2. Приближает состав имплантата к составу кости, которая состоит из органической фазы (коллаген) и неорганической фазы (ГА).
Таким образом, фосфатный цемент предоставляет организму строительный материал и матрицы для интенсивной регенерации костной ткани.
Рассмотрим реализацию изобретения с использованием примеров 1-5 (табл.2).
Предварительно были получены исходные компоненты:
1. ДКФ
Химический реактив СаНРO4·2Н2O марки ЧДА (ГОСТ 3204-86) прокаливается при 180 С в течение 3 часов и переходит в СаНРO4.
2. ТТКФ
Синтез протекает по уравнению: 2СаНРO4 (из п.1) +2СаСО3 (марки ХЧ, ГОСТ 4530-86)=Са4(РO4)2O+2СO2+Н2O при прокаливании гомогенной смеси при 1500С в течение 5 часов с последующей закалкой на воздухе.
3. Химические реактивы: карбонат магния (ЧДА, ГОСТ 4526-87), натрий углекислый кислый (ХЧ, ГОСТ 4201-86), калий фтористый (ЧДА, ГОСТ 4522-86).
4. Биоапатит ККГА
Синтез осуществлялся по методике, описанной в работе [6]: к 100 мл 0,05 М раствора CaCl2 добавлялся 0,5 М раствор NH4OH до рН 10,5-11 (7 мл), затем при перемешивании приливалась смесь 0,05 М растворов (NH4)2HPO4 и (NН4)2СО3, причем отношение ионов n1=Сa2+/РО3-4 составляло 1,5-1,67, а отношение карбонат ионов к фосфат ионам изменялось от n2=0,08 до 0,166. Перемешивание реакционной смеси осуществлялось в течение 14 суток. По окончании реакции образуется нанокристаллический биоапатит состава Са10(РO4)6(СО3)х(ОН)2-2х·аН2O при n1=1,67 и рН=10,5-11; mСа3(РO4)2·(1-m)Са10(РO4)6(СО3)х(ОН)2-2х·аН2O при n1=1,5-1,67 и рН=8,6-9,2; Са3(РO4)2-2х/3(СО3)х·bН2О при n1=1,5 и pH=7,8-8,0.
Затем в раствор добавлялось 12 мл 1,6% раствора коллагена и перемешивание продолжалось еще 2 суток. Суммарный объем смеси составлял 200 мл. После выдерживания смеси в течение 10 часов объем рыхлого осадка составлял около 50 мл. После сливания 150 мл маточного раствора остаток представлял собой биоапатит, содержащий коллаген (ККГА). По данным термического анализа содержание воды в нем составляет 55-65 вес.%.
Реализацию данного изобретения рассмотрим на примерах 1-5 (табл.2):
Пример 1
Для получения цемента к 1 г стерильного порошка состава, мас.%: 68,0 ТТКФ; 27,0 ДКФ; 1,2 карбоната магния; 3,5 бикарбоната натрия; 0,3 KF добавляется 0,47 г ККГА. Для формирования однородной массы смесь перемешивают 3 минуты. Размещение цемента на осушенном дефекте кости может быть выполнено с помощью инструмента или вручную. Время отвердевания составляет 8 минут. В табл.2 приведены некоторые характеристики материала.
Пример 2
Для получения цемента к 1 г стерильного порошка состава, мас.%: 67,15 ТТКФ; 27,5 ДКФ; 1,3 карбоната магния; 3,7 бикарбоната натрия; 0,35 KF добавляется 0,475 г ККГА. Приготовление и использование пасты аналогично рассмотренному в примере 1. В табл.2 приведены некоторые характеристики материала.
Пример 3
Для получения цемента к 1 г стерильного порошка состава, мас.%: 62,0 ТТКФ; 32,0 ДКФ; 1,6 карбоната магния; 4,0 бикарбоната натрия; 0,4 KF добавляется 0,44 г ККГА. Приготовление и использование пасты аналогично рассмотренному в примере 1. В табл.2 приведены некоторые характеристики материала.
Пример 4*
Для получения цемента к 1 г стерильного порошка состава, мас.%: 71,0 ТТКФ; 24,0 ДКФ; 1,9 карбоната магния; 3,0 бикарбоната натрия; 0,1 KF добавляется 0,565 г ККГА. Приготовление и использование пасты аналогично рассмотренному в примере 1. В табл.2 приведены некоторые характеристики материала.
Пример 5**
Для получения цемента к 1 г стерильного порошка состава, мас.%: 60,0 ТТКФ; 34,0 ДКФ; 1,0 карбоната магния; 4,5 бикарбоната натрия; 0,5 KF добавляется 0,4 г ККГА. Приготовление и использование пасты аналогично рассмотренному в примере 1. В табл.2 приведены некоторые характеристики материала.
Как видно из табл.2, заявляемый цемент приближен по составу основных катионов к кости, дополнительно содержит коллаген (основной компонент органической составляющей костной ткани), который более чем в 2 раза ускоряет процесс кристаллизации фаз апатита в цементе, имеет другие параметры лучше или не хуже, чем у прототипа.
Источники информации
1. B.V. Rejda, J.G. Peelen, K.De Groot. 1977, 37, 234.
3. Patent USA 5997624. Chow, et al. December 7, 1999.
4. А.С. Сигов, А.А. Евдокимов, Е.Г. Вишнякова, В.И. Свитов. Фосфатный цемент. Заявка на изобретение №2002108697/14 (009334) от 08.04.2002.
5. Л. Страйер. Биохимия. – М: Мир, 1984, т.1, с.179.
6. Г.В. Родичева, В.П. Орловский, В.И. Привалов и др. Журн.неорган.химии 2001, т.46, №11, с.1798-1802.
Формула изобретения Фосфатный цемент для заполнения полостей и дефектов в кости, характеризующийся тем, что содержит сухую смесь и коллагенсодержащий биоапатит, при этом сухая смесь содержит дикальций фосфат (ДКФ), тетракальций фосфат (ТТКФ), бикарбонат натрия (БКН), карбонат магния (КМ), фторид калия (ФК) при следующем соотношении компонентов, мас.%: ТТКФ 62,0-68,0 ДКФ 27,0-32,0 БКН 3,5-4,0 КМ 1,2-1,6 ФК 0,3-0,4 а содержание сухой смеси в цементе составляет 67,8-70,2 мас.% и композиционного коллагенсодержащего биоапатита 29,8-32,0 мас.%. РИСУНКИ
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 02.10.2006
Извещение опубликовано: 20.08.2007 БИ: 23/2007
|
||||||||||||||||||||||||||
