RU2518753C1 - Filler material - Google Patents
Filler material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2518753C1 RU2518753C1 RU2012152201/15A RU2012152201A RU2518753C1 RU 2518753 C1 RU2518753 C1 RU 2518753C1 RU 2012152201/15 A RU2012152201/15 A RU 2012152201/15A RU 2012152201 A RU2012152201 A RU 2012152201A RU 2518753 C1 RU2518753 C1 RU 2518753C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bone
- prepolymer
- glycerol
- biocompatible polymer
- weight
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 239000000945 filler Substances 0.000 title abstract 2
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 claims abstract description 29
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 229920000249 biocompatible polymer Polymers 0.000 claims abstract description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 6
- UPMLOUAZCHDJJD-UHFFFAOYSA-N 4,4'-Diphenylmethane Diisocyanate Chemical compound C1=CC(N=C=O)=CC=C1CC1=CC=C(N=C=O)C=C1 UPMLOUAZCHDJJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229920001451 polypropylene glycol Polymers 0.000 claims abstract description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 4
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims abstract description 4
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229920002988 biodegradable polymer Polymers 0.000 claims abstract description 3
- 230000000278 osteoconductive effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000000316 bone substitute Substances 0.000 claims description 9
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 8
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 4
- UKLDJPRMSDWDSL-UHFFFAOYSA-L [dibutyl(dodecanoyloxy)stannyl] dodecanoate Chemical compound CCCCCCCCCCCC(=O)O[Sn](CCCC)(CCCC)OC(=O)CCCCCCCCCCC UKLDJPRMSDWDSL-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012975 dibutyltin dilaurate Substances 0.000 claims description 3
- 150000003512 tertiary amines Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000012948 isocyanate Substances 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 3
- 239000012634 fragment Substances 0.000 abstract description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 12
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 8
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 description 5
- 235000011010 calcium phosphates Nutrition 0.000 description 5
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 5
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 5
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 5
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical class [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 description 5
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 5
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H tricalcium bis(phosphate) Chemical class [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 5
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910000389 calcium phosphate Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 4
- 210000002950 fibroblast Anatomy 0.000 description 4
- 102000016359 Fibronectins Human genes 0.000 description 3
- 108010067306 Fibronectins Proteins 0.000 description 3
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000002054 inoculum Substances 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- REKYPYSUBKSCAT-UHFFFAOYSA-N 3-hydroxypentanoic acid Chemical compound CCC(O)CC(O)=O REKYPYSUBKSCAT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 241000283973 Oryctolagus cuniculus Species 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 2
- 238000002316 cosmetic surgery Methods 0.000 description 2
- 230000002500 effect on skin Effects 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 2
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 230000007170 pathology Effects 0.000 description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 2
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 210000000689 upper leg Anatomy 0.000 description 2
- WIKQLQXZUYAZQC-KYNIKAHCSA-N (2s,5r)-3,3-dimethyl-4,4,7-trioxo-4$l^{6}-thia-1-azabicyclo[3.2.0]heptane-2-carboxylic acid;(6r,7r)-7-[[(2r)-2-[(4-ethyl-2,3-dioxopiperazine-1-carbonyl)amino]-2-(4-hydroxyphenyl)acetyl]amino]-3-[(1-methyltetrazol-5-yl)sulfanylmethyl]-8-oxo-5-thia-1-azabic Chemical compound O=S1(=O)C(C)(C)[C@H](C(O)=O)N2C(=O)C[C@H]21.O=C1C(=O)N(CC)CCN1C(=O)N[C@H](C=1C=CC(O)=CC=1)C(=O)N[C@@H]1C(=O)N2C(C(O)=O)=C(CSC=3N(N=NN=3)C)CS[C@@H]21 WIKQLQXZUYAZQC-KYNIKAHCSA-N 0.000 description 1
- NCCJWSXETVVUHK-ZYSAIPPVSA-N (z)-7-[(2r)-2-amino-2-carboxyethyl]sulfanyl-2-[[(1s)-2,2-dimethylcyclopropanecarbonyl]amino]hept-2-enoic acid;(5r,6s)-3-[2-(aminomethylideneamino)ethylsulfanyl]-6-[(1r)-1-hydroxyethyl]-7-oxo-1-azabicyclo[3.2.0]hept-2-ene-2-carboxylic acid Chemical compound C1C(SCC\N=C/N)=C(C(O)=O)N2C(=O)[C@H]([C@H](O)C)[C@H]21.CC1(C)C[C@@H]1C(=O)N\C(=C/CCCCSC[C@H](N)C(O)=O)C(O)=O NCCJWSXETVVUHK-ZYSAIPPVSA-N 0.000 description 1
- WHBMMWSBFZVSSR-UHFFFAOYSA-M 3-hydroxybutyrate Chemical compound CC(O)CC([O-])=O WHBMMWSBFZVSSR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 208000010392 Bone Fractures Diseases 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GUGHGUXZJWAIAS-QQYBVWGSSA-N Daunorubicin hydrochloride Chemical compound Cl.O([C@H]1C[C@@](O)(CC=2C(O)=C3C(=O)C=4C=CC=C(C=4C(=O)C3=C(O)C=21)OC)C(C)=O)[C@H]1C[C@H](N)[C@H](O)[C@H](C)O1 GUGHGUXZJWAIAS-QQYBVWGSSA-N 0.000 description 1
- CEAZRRDELHUEMR-URQXQFDESA-N Gentamicin Chemical compound O1[C@H](C(C)NC)CC[C@@H](N)[C@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O[C@@H]2[C@@H]([C@@H](NC)[C@@](C)(O)CO2)O)[C@H](N)C[C@@H]1N CEAZRRDELHUEMR-URQXQFDESA-N 0.000 description 1
- 229930182566 Gentamicin Natural products 0.000 description 1
- 206010061218 Inflammation Diseases 0.000 description 1
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N Methacrylic acid Chemical compound CC(=C)C(O)=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHBMMWSBFZVSSR-UHFFFAOYSA-N R3HBA Natural products CC(O)CC(O)=O WHBMMWSBFZVSSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930191933 Rubomycin Natural products 0.000 description 1
- 208000014306 Trophic disease Diseases 0.000 description 1
- GLNADSQYFUSGOU-GPTZEZBUSA-J Trypan blue Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[Na+].C1=C(S([O-])(=O)=O)C=C2C=C(S([O-])(=O)=O)C(/N=N/C3=CC=C(C=C3C)C=3C=C(C(=CC=3)\N=N\C=3C(=CC4=CC(=CC(N)=C4C=3O)S([O-])(=O)=O)S([O-])(=O)=O)C)=C(O)C2=C1N GLNADSQYFUSGOU-GPTZEZBUSA-J 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 125000002947 alkylene group Chemical group 0.000 description 1
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 1
- 125000000732 arylene group Chemical group 0.000 description 1
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 1
- 239000002639 bone cement Substances 0.000 description 1
- 230000010478 bone regeneration Effects 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 208000035269 cancer or benign tumor Diseases 0.000 description 1
- 230000003833 cell viability Effects 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 210000001608 connective tissue cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 231100000135 cytotoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 229960002518 gentamicin Drugs 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 150000002334 glycols Chemical class 0.000 description 1
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 230000002757 inflammatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000004054 inflammatory process Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- IQPQWNKOIGAROB-UHFFFAOYSA-N isocyanate group Chemical group [N-]=C=O IQPQWNKOIGAROB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000011164 ossification Effects 0.000 description 1
- 210000000963 osteoblast Anatomy 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000001575 pathological effect Effects 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000004872 soft tissue Anatomy 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000010186 staining Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Polyurethanes Or Polyureas (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области медицины, конкретно к материалу для закрытия костных дефектов при реконструктивно-пластических операциях, изготовления костных имплантатов, замещения дефектов при различных костных патологиях.The invention relates to medicine, specifically to a material for closing bone defects during reconstructive plastic surgery, manufacturing bone implants, replacement of defects in various bone pathologies.
В настоящее время на мировом рынке имплантационных материалов для закрытия костных дефектов используются следующие материалы:Currently, the following materials are used in the global market for implant materials for closing bone defects:
1) синтетические пластмассы (протакрил, палакос) [1],1) synthetic plastics (protacryl, palacos) [1],
2) аутоматериалы (аутокость) [2, 3],2) automaterials (autobone) [2, 3],
3) керамические имплантанты (корундовая керамика),3) ceramic implants (corundum ceramics),
4) металлы (титан и сплавы) [4, 5].4) metals (titanium and alloys) [4, 5].
Одним из факторов, существенно влияющих на выбор материала, является биосовместимость. Ряд авторов считают, что для коррекции костных дефектов наиболее целесообразно применение аутопластических материалов, в частности - аутокости. Существует мнение, что при отсутствии собственной кости, предпочтительным материалом является аллокость, которая якобы стимулирует процессы костеобразования со стороны тканей реципиента и служит источником новообразования костного регенерата.One of the factors that significantly affect the choice of material is biocompatibility. A number of authors believe that for the correction of bone defects, the most appropriate is the use of autoplastic materials, in particular, autologous bones. There is an opinion that in the absence of own bone, the preferred material is allost, which supposedly stimulates the processes of bone formation on the part of the recipient's tissues and serves as a source of bone regeneration neoplasm.
В плане биосовместимости материалов имеются указания на то, что полиметилметакрилат и другие полимеры метакриловой кислоты не обладают достаточной биосовместимостью и токсичны для окружающих тканей, приводят к недопустимо большому количеству осложнений. Процесс полимеризации протакрила составляет более 1,5 часов, в течение которых наблюдается достаточно сильный разогрев и выброс токсичных газов.In terms of biocompatibility of materials, there are indications that polymethyl methacrylate and other polymers of methacrylic acid do not have sufficient biocompatibility and are toxic to surrounding tissues, leading to an unacceptably large number of complications. The process of polymerization of protacryl is more than 1.5 hours, during which there is a fairly strong heating and release of toxic gases.
Корундовая керамика в 5% случаев дает трофические нарушения мягких тканей и требует удаления.Corundum ceramics in 5% of cases gives trophic disorders of soft tissues and requires removal.
Аутопластические материалы тоже не безобидны, так как могут вызывать осложнения воспалительного характера или подвергаться рассасыванию.Autoplastic materials are also not harmless, as they can cause inflammatory complications or undergo resorption.
Сообщения, касающиеся применения титана и его сплавов, указывают на его достаточную биосовместимость и минимальное количество осложнений.Messages regarding the use of titanium and its alloys indicate its sufficient biocompatibility and minimal complications.
Однако биосовместимость - не единственная проблема, с которой сталкивается хирург при закрытии костного дефекта. Существует проблема восстановления естественного рельефа последнего, особенно если дефект занимает сложные по конфигурации анатомические зоны. Смоделировать из титановой сетки сложную конфигурацию дефекта довольно проблематично.However, biocompatibility is not the only problem that the surgeon faces when closing a bone defect. There is a problem of restoring the natural relief of the latter, especially if the defect occupies anatomical zones with complex configurations. To simulate a complex defect configuration from a titanium mesh is rather problematic.
Таким образом, проблема создания материалов для закрытия костных дефектов, не имеющего перечисленных недостатков, является крайне актуальной.Thus, the problem of creating materials for closing bone defects that do not have the listed disadvantages is extremely urgent.
Известен материал для закрытия костных дефектов при реконструктивно-пластических операциях, изготовления костных имплантатов, замещения дефектов при различных костных патологиях, защищенный патентом РФ №2333010, кл. A61L 27/5, A61L 27/12, опубл. 10.09.2008 г. Материал изготовлен на основе фосфатов кальция, представляет собой частицы карбонатзамещенного гидроксиапатита общей формулы Ca10(PO4)х(ОН)y(CO3)z, где 5<х<6, 0<y<2, 0<z<1, содержит от 0,6 до 6,0 мас.% групп CO3 2- с регулируемым атомным соотношением кальций/фосфор от 1,5 до 2,1. Материал выполнен в форме пористых сферических гранул диаметром от 100 до 1000 мкм, имеющих шероховатый микрорельеф внешней поверхности, с размерами пор от 0,5 до 15,0 мкм при общей открытой пористости от 50 до 80% и удельной поверхностью от 0,3 до 0,6 м2/гKnown material for closing bone defects during reconstructive plastic surgery, manufacturing bone implants, replacement of defects in various bone pathologies, protected by RF patent No. 2333010, cl. A61L 27/5, A61L 27/12, publ. September 10, 2008. The material is made on the basis of calcium phosphates, represents particles of carbonate-substituted hydroxyapatite of the general formula Ca 10 (PO 4 ) x (OH) y (CO 3 ) z , where 5 <x <6, 0 <y <2, 0 <z <1, contains from 0.6 to 6.0 wt.% CO 3 2- groups with an adjustable atomic ratio of calcium / phosphorus from 1.5 to 2.1. The material is made in the form of porous spherical granules with a diameter of 100 to 1000 microns, having a rough microrelief of the outer surface, with pore sizes of 0.5 to 15.0 microns with a total open porosity of 50 to 80% and a specific surface area of 0.3 to 0 6 m 2 / g
Однако невысокие физико-механические характеристики ограничивают применение материалов такого типа для заполнения крупных костных дефектов, и невозможно производить склеивание переломов костей.However, low physical and mechanical characteristics limit the use of materials of this type to fill large bone defects, and it is impossible to glue bone fractures.
Известен композиционный материал, защищенный патентом РФ №2429885, кл. A61L 27/02, A61L 27/12, B82B 1/00, опубл. 27.09.2011 г. на основе гидроксиапатита и карбоната кальция, содержащий от 20 до 80 мас.% карбоната кальция, спекающийся до плотного состояния (открытая пористость менее 2-4%) при температурах до 720°С. Композиционный материал отличается высокой биорезорбируемостью, за счет содержания резорбируемых фаз карбонатгидроксиапатита и карбоната кальция. Использование добавки на основе карбоната калия и карбоната натрия в количестве до 10% сверх 100% по отношению к основным компонентам (гидроксиапатиту и карбонатгидроксиапатиту и карбонату кальция) препятствует термическому разложению керамического материала при обжиге и позволяет получить мелкокристаллическую структуру с размером кристаллов менее 500 нм и высокую прочность при сжатии от 100 до 330 МПа.Known composite material protected by RF patent No. 2429885, class. A61L 27/02, A61L 27/12, B82B 1/00, publ. 09/27/2011, based on hydroxyapatite and calcium carbonate, containing from 20 to 80 wt.% Calcium carbonate, sintering to a dense state (open porosity of less than 2-4%) at temperatures up to 720 ° C. The composite material is highly bioresorbable due to the content of resorbable phases of carbonate hydroxyapatite and calcium carbonate. The use of an additive based on potassium carbonate and sodium carbonate in an amount up to 10% in excess of 100% with respect to the main components (hydroxyapatite and carbonate hydroxyapatite and calcium carbonate) prevents the thermal decomposition of the ceramic material during firing and allows to obtain a fine crystalline structure with a crystal size of less than 500 nm and a high compressive strength from 100 to 330 MPa.
Однако, поскольку материал уже твердый, то невозможно моделировать сложные дефекты и производить склеивание.However, since the material is already hard, it is not possible to model complex defects and produce bonding.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа, является хирургический материал, защищенный патентом РФ №2433836, кл. A61L 27/12, A61L 27/14, A61F 2/02, опубл. 20.11.2011 г. Материал содержит биоразрушаемый и биосовместимый сополимер 3-гидроксибутирата и 3-гидроксивалериата (3-ПГБ/3-ПГВ) и кальций-фосфатные вещества, при следующем соотношении компонентов, мас.%: сополимер 65-90 и кальций-фосфатные вещества 10-35. По второму варианту хирургический материал содержит биоразрушаемый и биосовместимый сополимер, кальций-фосфатные вещества и антибиотик, выбранный из группы, состоящей из тиенама, гентамицина, сульперазона и рубомицина, при следующем соотношении компонентов, мас.%: сополимер 65-89; кальций-фосфатные вещества 10-35; антибиотик 1-5.Closest to the proposed technical essence and the achieved result, selected as a prototype, is surgical material protected by RF patent No. 2433836, class. A61L 27/12, A61L 27/14, A61F 2/02, publ. November 20, 2011. The material contains a biodegradable and biocompatible copolymer of 3-hydroxybutyrate and 3-hydroxyvalerate (3-PHB / 3-PGV) and calcium phosphate substances, in the following ratio of components, wt.%: Copolymer 65-90 and calcium phosphate substances 10-35. According to the second option, the surgical material contains a biodegradable and biocompatible copolymer, calcium phosphate substances and an antibiotic selected from the group consisting of thienam, gentamicin, sulperazone and rubomycin, in the following ratio, wt.%: Copolymer 65-89; calcium phosphate substances 10-35; antibiotic 1-5.
Недостаток у известного материала тот же, что и у вышеописанных. Поскольку он выпускается в виде порошка, твердых гранул или объемной пористой керамики, то невозможно моделирование сложных поверхностей, склеивание костей друг с другом и с титановыми конструкциями.The disadvantage of the known material is the same as that of the above. Since it is available in the form of powder, solid granules or bulk porous ceramics, it is impossible to simulate complex surfaces, gluing bones with each other and with titanium structures.
Задачей, решаемой изобретением, является создание костнозамещающего материала, обладающего биосовместимостью, остеокондуктивностью и возможностью моделирования.The problem solved by the invention is the creation of bone-substituting material with biocompatibility, osteoconductivity and the possibility of modeling.
Технический результат от использования изобретения заключается в возможности моделирования сложных поверхностей за счет пластичности материала и склеивания костных фрагментов за счет высоких адгезионных свойств материала к металлу и костной ткани.The technical result from the use of the invention lies in the possibility of modeling complex surfaces due to the plasticity of the material and bonding of bone fragments due to the high adhesive properties of the material to metal and bone tissue.
Указанный результат достигается тем, что костнозамещающий материал, содержащий биоразрушаемый и биосовместимый полимер, в качестве остеокондуктивного и биосовместимого полимера содержит полимер полиуретанового ряда, полученный из полиоксипропиленгликоля со средней молекулярной массой 1000, 4,4'-диизоцианатодифенилметана и глицерина.This result is achieved in that the bone substitute material containing a biodegradable and biocompatible polymer contains, as an osteoconductive and biocompatible polymer, a polyurethane polymer obtained from polyoxypropylene glycol with an average molecular weight of 1000, 4,4'-diisocyanatodiphenylmethane and glycerol.
Основной способ синтеза полиуретанов, используемый в промышленности - взаимодействие соединений, содержащих изоцианатные группы, с би- и полифункциональными гидроксилсодержащими производными [6, 7]The main method for the synthesis of polyurethanes used in industry is the interaction of compounds containing isocyanate groups with bi- and polyfunctional hydroxyl-containing derivatives [6, 7]
nOCN-R-NCO+nHO-R'-OH→[-R-NHC(O)OR'-]nnOCN-R-NCO + nHO-R'-OH → [-R-NHC (O) OR '-] n
R - алкилен, арилен; R' - алкилен, остаток гликолей, полиэфиров.R is alkylene, arylene; R '- alkylene, the residue of glycols, polyesters.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется 4 фиг.The invention is illustrated in FIG. 4.
На фиг.1 изображена структура костнозамещающего материала (увеличение ×100), размер пор (50-400 мкм);Figure 1 shows the structure of bone substitution material (magnification × 100), pore size (50-400 microns);
на фиг.2 изображен костнозамещающий материал до моделирования;figure 2 shows bone substitution material before modeling;
на фиг.3 изображен костнозамещающий материал после моделирования;figure 3 shows bone substitution material after modeling;
на фиг.4 изображена микрофотография гистологического препарата (бедренная кость кролика).figure 4 shows a micrograph of a histological preparation (rabbit femur).
1 - кровеносный сосуд, 2 - граница раздела костная ткань - костнозамещающий материал (отсутствие фиброзной капсулы), 3 - костнозамещающий материал, 4 - костная ткань.1 - blood vessel, 2 - bone tissue - bone substitute material (no fibrous capsule), 3 - bone substitute material, 4 - bone tissue.
Способ получения костнозамещающего материала осуществляют следующим образом.A method of obtaining bone substitution material is as follows.
Получение костнозамещающего материала осуществляли в две стадии. На первой стадии синтезировали форполимер из полиоксипропиленгликоля со средней молекулярной массой 1000 и 4,4'-диизоцианатодифенилметана в присутствии катализаторов (третичные амины, оловоорганические соединения), при нагревании в токе сухого аргона или азота, контролируя содержание свободных NCO-групп по ТУ 6-03-22-60-78. Оптимальное содержание NCO-групп в форполимере составляет 11-13% по массе. Избыточное количество NCO-групп в форполимере (более 13%) приводит к снижению его стабильности при хранении. При содержании NCO-групп менее 10-11%, костнозамещающий материал становится не достаточно жестким.Obtaining bone replacement material was carried out in two stages. At the first stage, a prepolymer of polyoxypropylene glycol with an average molecular weight of 1000 and 4,4'-diisocyanatodiphenylmethane in the presence of catalysts (tertiary amines, organotin compounds) was synthesized by heating in a stream of dry argon or nitrogen, controlling the content of free NCO groups according to TU 6-03 -22-60-78. The optimal content of NCO groups in the prepolymer is 11-13% by weight. An excess of NCO groups in the prepolymer (more than 13%) leads to a decrease in its storage stability. When the content of NCO-groups is less than 10-11%, the bone-substituting material becomes not sufficiently rigid.
На второй стадии отверждали полученный форполимер глицерином с растворенным в нем катализатором, таким как третичные амины, оловоорганические соединения.In the second stage, the resulting prepolymer was cured with glycerol with a catalyst dissolved in it, such as tertiary amines, organotin compounds.
Пример 1. На первой стадии в круглодонную колбу с мешалкой помещали 200 г.4,4'-диизоцианатодифенилметана, 172 г. полиоксипропиленгликоля, 0,005 г катализатора (дибутилоловодилауринат) и нагревали при 50-55°С в течение 4-6 часов в слабом токе аргона. Затем реакционную смесь охлаждали до комнатной температуры и проводили анализ на содержание свободных NCO-групп по ТУ 6-03-22-60-78.Example 1. In the first stage, 200 g of 4,4'-diisocyanatodiphenylmethane, 172 g of polyoxypropylene glycol, 0.005 g of catalyst (dibutyltin dilaurate) were placed in a round bottom flask with a stirrer and heated at 50-55 ° C for 4-6 hours under low current argon. Then the reaction mixture was cooled to room temperature and analyzed for the content of free NCO groups according to TU 6-03-22-60-78.
На второй стадии получения костнозамещающего материала к 10 вес.ч. полученного форполимера добавляли 1,2 вес.ч. глицерина с растворенным в нем катализатором. При этом начинается процесс затвердевания смеси, сопровождающийся слабым разогревом. Варьируя количество катализатора отверждения (дибутилоловодилауринат) от 0 до 0,05% вес., можно изменять время полимеризации от 15 минут до одного часа. Изменяя количество воды в глицерине (0,1 - 0,5% вес.), можно регулировать пористость полученного материала.In the second stage of obtaining bone replacement material to 10 parts by weight the resulting prepolymer was added 1.2 wt.h. glycerol with a catalyst dissolved in it. At the same time, the process of solidification of the mixture begins, accompanied by weak heating. By varying the amount of curing catalyst (dibutyltin dilaurate) from 0 to 0.05% by weight, the polymerization time can be changed from 15 minutes to one hour. By changing the amount of water in glycerin (0.1 - 0.5% wt.), You can adjust the porosity of the material obtained.
Полученный костнозамещающий материал имеет размер пор 50-400 мкм (фиг.1). Прочность на сжатие составляет 50-60 МПа, адгезия к металлу и кости 60-65 кг/см2. Физико-механические испытания проводились на оборудовании Zwick/Roell Z100 производства Германии.The obtained bone substitute material has a pore size of 50-400 μm (Fig. 1). The compressive strength is 50-60 MPa, the adhesion to metal and bone is 60-65 kg / cm 2 . Physical and mechanical tests were carried out on equipment Zwick / Roell Z100 made in Germany.
До момента полного затвердевания материал обладает пластичностью и позволяет выполнять моделирование и склеивание. Данный костнозамещающий материал может быть сформован в виде пластин, цилиндров и др., которые при температуре 60-70°С также можно моделировать (фиг.2).Up to the moment of complete hardening, the material has plasticity and allows modeling and gluing. This bone substitute material can be molded in the form of plates, cylinders, etc., which at a temperature of 60-70 ° C can also be modeled (figure 2).
Изобретение иллюстрируется следующими примерами доклинических испытаний. The invention is illustrated by the following examples of preclinical trials.
Пример 2. В ФГБУ «ННИИТО» МЗ РФ проводились доклинические испытания по ИСО ГОСТ 10993 костнозамещающего материала. Проведено 2 эксперимента по изучению воздействия образцов материала на процессы адгезии, процессы пролиферации и синтез фибронектина дермальными фибробластами человека в системе in vitro. Для этого в стерильном боксе в чашке Петри готовили костнозамещающий материал способом, описанным в примере 1: к 10 г форполимера добавляли 1,2 г глицерина с растворенным в нем катализатором. Затем, до момента полного затвердевания костнозамещающего материала, в специальные ячейки (площадью 1 см2) помещали маленькие пробы материала (площадью 0,1 см2) и вносили на них культуру фибробластов человека с разным промежутком времени.Example 2. In FSBI "NNIIITO" of the Ministry of Health of the Russian Federation preclinical tests were performed according to ISO GOST 10993 of bone replacement material. 2 experiments were carried out to study the effect of material samples on adhesion processes, proliferation and synthesis of fibronectin by human dermal fibroblasts in an in vitro system. For this, in a sterile box in a Petri dish, bone-substituting material was prepared by the method described in example 1: 1.2 g of glycerol with a catalyst dissolved in it was added to 10 g of the prepolymer. Then, until the bone-substituting material was completely hardened, small samples of the material (0.1 cm 2 area) were placed in special cells (1 cm 2 area) and a human fibroblast culture was introduced onto them with different time intervals.
По результатам обоих экспериментов показано, что испытуемые образцы костнозамещающего материала не нарушают процессы адгезии, не влияют на процессы пролиферации и не меняют синтез фибронектина клетками соединительной ткани в культуре. Таким образом, у образцов отсутствует цитоксичность в системе in vitro.According to the results of both experiments, it was shown that the tested samples of bone-substituting material do not violate the adhesion processes, do not affect the proliferation processes, and do not change the synthesis of fibronectin by connective tissue cells in culture. Thus, the samples lack cytoxicity in the in vitro system.
В таблице 1 представлено изменение плотности клеток на единицу площади культурального сосуда в процессе роста культуры в присутствие костнозамещающего материала. Исходная посевная концентрация 20·103 клеток/мл. Эксперименты проведены на трех штаммах дермальных фибробластов человека с двумя сериями костнозамещающего материала.Table 1 presents the change in cell density per unit area of the culture vessel during culture growth in the presence of bone-substituting material. The initial inoculum concentration of 20 · 10 3 cells / ml The experiments were carried out on three strains of human dermal fibroblasts with two series of bone-substituting material.
В таблице 2 представлено изменение процента погибших клеток в процессе роста культуры в присутствие костнозамещающего материала. Исходная посевная концентрация 20·103 клеток/мл. Жизнеспособность клеток определялась с помощью окраски витальным красителем трипановым синим.Table 2 presents the change in the percentage of dead cells during the growth of the culture in the presence of bone-substituting material. The initial inoculum concentration of 20 · 10 3 cells / ml Cell viability was determined by staining with trypan blue vital dye.
В таблице 3 представлено изменение содержания фибронектина (нг/мл) в культуральной среде в процессе роста культуры в присутствие костнозамещающего материала. Исходная посевная концентрация 20·103 клеток/мл.Table 3 presents the change in the content of fibronectin (ng / ml) in the culture medium during the growth of the culture in the presence of bone-substituting material. The initial inoculum concentration of 20 · 10 3 cells / ml
Результаты экспериментов на культуре фибробластов человека свидетельствуют, что материал является биосовместимым.The results of experiments on a culture of human fibroblasts indicate that the material is biocompatible.
Проведены испытания на 12-ти животных (кролики, чистая линия). Выполнена имплантация исследуемого материала в бедренную кость, по три имплантата каждому, размерами 3×5 мм. Состояние животных нормализовалось через 12-24 часа. Температура нормальная, животные активны. Местных воспалительных реакций нет.Tests were conducted on 12 animals (rabbits, clean line). The test material was implanted into the femur, three implants each, 3 × 5 mm in size. The condition of the animals returned to normal after 12-24 hours. The temperature is normal, animals are active. There are no local inflammatory reactions.
Через 12 недель после имплантации выведено из эксперимента 7 животных.12 weeks after implantation, 7 animals were withdrawn from the experiment.
На представленных микрофотографиях гистологических препаратов (фиг.3) очевидно:In the presented micrographs of histological preparations (figure 3) it is obvious:
1) имплантированный материал не подвергся инкапсуляции и отторжению - нет образования фиброзной капсулы,1) the implanted material was not encapsulated and rejected - there is no formation of a fibrous capsule,
2) по границе контакта кость-материал появились новые остеобласты.2) new osteoblasts appeared along the bone-material interface.
Таким образом, у представленных образцов костнозамещающего материала отсутствуют патологические реакции при оссальной (внутрикостной) имплантации, что подтверждает его биосовместимость и доказывает остеокондуктивность материала.Thus, the presented samples of bone-substituting material have no pathological reactions during axial (intraosseous) implantation, which confirms its biocompatibility and proves the osteoconductivity of the material.
Предлагаемым костнозамещающим материалом возможно моделировать сложные поверхности за счет пластичности материала и склеивать костные фрагменты за счет высоких адгезионных свойств материала к металлу и костной ткани.The proposed bone substitution material allows modeling complex surfaces due to the plasticity of the material and gluing bone fragments due to the high adhesive properties of the material to metal and bone tissue.
Список литературыBibliography
1. Педаченко Е.Г., Кущаев С.В. Современные костные цементы для пункциональной вертебропластики. Украинский нейрохирургический журнал, N4, 2001.1. Pedachenko EG, Kushchaev S.V. Modern bone cements for puncture vertebroplasty. Ukrainian Neurosurgical Journal, N4, 2001.
2. Гинзбург Е.Р., Старых Е.С. Применение консервированных брефотрансплантатов в хирургии дефектов костей свода черепа. Материалы V съезда нейрохирургов России, Уфа, 2009. С.383.2. Ginzburg E.R., Starykh E.S. The use of canned transplant grafts in the surgery of defects of the bones of the cranial vault. Materials of the V Congress of Neurosurgeons of Russia, Ufa, 2009. P.383.
3. Бельченко В.А., Притыко А.Г. и др. Костные аутотрансплантаты со свода черепа в хирургии врожденных и приобретенных деформаций черепно-лицевой области. Материалы V съезда нейрохирургов России, Уфа, 2009. С.381.3. Belchenko V.A., Prityko A.G. etc. Bone autografts from the cranial vault in the surgery of congenital and acquired deformations of the craniofacial region. Materials of the V Congress of Neurosurgeons of Russia, Ufa, 2009. P.381.
4. Леонов С., Кузнецов Д., Евсеев М. Опыт использования перфорированной титановой сетки "ротормед" при пластике дефектов черепа. Материалы V съезда нейрохирургов России, Уфа, 2009. С.391.4. Leonov S., Kuznetsov D., Evseev M. Experience of using perforated titanium mesh "rotomed" in the plastic surgery of skull defects. Materials of the V Congress of Neurosurgeons of Russia, Ufa, 2009. P.391.
5. Геворков А.В., Давыдов Е.А. Аутокраниопластика с применением демпферных фиксаторов из никелида титана с термомеханической памятью формы. Материалы V съезда нейрохирургов России, Уфа, 2009. С.382.5. Gevorkov A.V., Davydov E.A. Autocranioplasty using damping clips made of titanium nickelide with thermomechanical shape memory. Materials of the V Congress of Neurosurgeons of Russia, Ufa, 2009. P.382.
6. Липатов Ю.С., Керча Ю.Ю., Сергеев Л.М. Структура и свойства полиуретанов, К., 1970.6. Lipatov Yu.S., Kerch Yu.Yu., Sergeev L.M. The structure and properties of polyurethanes, K., 1970.
7. Дж.М.Бюист. Композиционные материалы на основе полиуретанов, М., 1982.7. J.M. Buist. Composite materials based on polyurethanes, M., 1982.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012152201/15A RU2518753C1 (en) | 2012-12-04 | 2012-12-04 | Filler material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012152201/15A RU2518753C1 (en) | 2012-12-04 | 2012-12-04 | Filler material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012152201A RU2012152201A (en) | 2014-06-10 |
| RU2518753C1 true RU2518753C1 (en) | 2014-06-10 |
Family
ID=51214188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012152201/15A RU2518753C1 (en) | 2012-12-04 | 2012-12-04 | Filler material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2518753C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2640932C2 (en) * | 2016-07-04 | 2018-01-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "ННИИТО им. Я.Л. Цивьяна" Минздрава России) | Method for bone-plastic material obtaining |
| RU2708396C1 (en) * | 2018-12-19 | 2019-12-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук | Biocompatible biodegradable osteoconductive polymer composite material for bone tissue regeneration |
| RU2743364C1 (en) * | 2020-07-02 | 2021-02-17 | Игорь Викторович Балязин-Парфенов | Method for stabilizing bodies of vertebrae by introducing implant |
| RU2822874C1 (en) * | 2023-12-14 | 2024-07-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Айкон Лаб ГмбХ" | Bone cement |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2235539C1 (en) * | 2003-04-25 | 2004-09-10 | Филатов Владимир Николаевич | Method for preparing powder-like material for bleeding cease |
| RU2380117C2 (en) * | 2007-09-26 | 2010-01-27 | Владимир Николаевич Филатов | Textile material for haemostasis and method for making thereof |
-
2012
- 2012-12-04 RU RU2012152201/15A patent/RU2518753C1/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2235539C1 (en) * | 2003-04-25 | 2004-09-10 | Филатов Владимир Николаевич | Method for preparing powder-like material for bleeding cease |
| RU2380117C2 (en) * | 2007-09-26 | 2010-01-27 | Владимир Николаевич Филатов | Textile material for haemostasis and method for making thereof |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2640932C2 (en) * | 2016-07-04 | 2018-01-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "ННИИТО им. Я.Л. Цивьяна" Минздрава России) | Method for bone-plastic material obtaining |
| RU2708396C1 (en) * | 2018-12-19 | 2019-12-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук | Biocompatible biodegradable osteoconductive polymer composite material for bone tissue regeneration |
| RU2743364C1 (en) * | 2020-07-02 | 2021-02-17 | Игорь Викторович Балязин-Парфенов | Method for stabilizing bodies of vertebrae by introducing implant |
| RU2822874C1 (en) * | 2023-12-14 | 2024-07-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Айкон Лаб ГмбХ" | Bone cement |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012152201A (en) | 2014-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9066995B2 (en) | Bone substitute material | |
| ES2356304T3 (en) | HARMONY PRODUCT FOR HUMAN BONE TISSUE ENGINEERING, PROCEDURES FOR PREPARATION. | |
| US20020058718A1 (en) | Porous composite materials | |
| Al-Munajjed et al. | Influence of a novel calcium-phosphate coating on the mechanical properties of highly porous collagen scaffolds for bone repair | |
| AU2004291022A1 (en) | Bioabsorbable plug implants and method for bone tissue regeneration | |
| US20240335592A1 (en) | Nanocrystalline hydroxyapatite/polyurethane hybrid polymers and synthesis thereof | |
| US8871167B2 (en) | Biocompatible ceramic-polymer hybrids and calcium phosphate porous body | |
| JP5578499B2 (en) | Calcium phosphate / biodegradable polymer hybrid material, its production method and implant using the hybrid material | |
| RU2518753C1 (en) | Filler material | |
| CN110267688B (en) | Bone regeneration material | |
| Luo et al. | Enhanced biomineralization of shape memory composite scaffolds from citrate functionalized amorphous calcium phosphate for bone repair | |
| Chen et al. | Reconstruction of calvarial defect using a tricalcium phosphate-oligomeric proanthocyanidins cross-linked gelatin composite | |
| US10646615B2 (en) | Bone substitute material | |
| US8465582B2 (en) | Process for producing inorganic interconnected 3D open cell bone substitutes | |
| Lagopati et al. | Hydroxyapatite scaffolds produced from cuttlefish bone via hydrothermal transformation for application in tissue engineering and drug delivery systems | |
| ES2939266T3 (en) | Collagen matrix or granulated mixture of bone substitute material | |
| Tetteh | Polyurethane-based Scaffolds for Bone Tissue Engineering. The Role of Hydroxyapatite Particles, Solvent Combinations, Electrospun Fibre Orientations, In Vivo & In Vitro Characterisation, and Particulate Leached Foams for creating 3-D Bone Models. | |
| US20230075772A1 (en) | Implantable bone scaffolds including at least one integration aid, methods of making and using the same | |
| RU2695342C1 (en) | Method of producing ceramic granules for bone tissue regeneration | |
| BR102013014155A2 (en) | bone recovery bionanocomposite | |
| US20250058023A1 (en) | Shaped amalgamated cartilage grafts and methods for making and using same | |
| Lagopati et al. | Transformation for Application in Tissue Engineering and Drug Delivery Systems | |
| Dulińska-Molak et al. | Architecture and properties of PUR/Calcite composite scaffolds for bone tissue engineering | |
| Amanpour et al. | In vitro and in vivo assays of cartilage repair by perforated polyurethane scaffold | |
| Dumas | Allograft mineralized bone particle/polyurethane composites for bone tissue engineering |