RU2708639C1 - Technology of making an implant for bone tissue replacement - Google Patents
Technology of making an implant for bone tissue replacement Download PDFInfo
- Publication number
- RU2708639C1 RU2708639C1 RU2019111284A RU2019111284A RU2708639C1 RU 2708639 C1 RU2708639 C1 RU 2708639C1 RU 2019111284 A RU2019111284 A RU 2019111284A RU 2019111284 A RU2019111284 A RU 2019111284A RU 2708639 C1 RU2708639 C1 RU 2708639C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bone
- bone block
- implant
- solution
- antimicrobial
- Prior art date
Links
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 title claims abstract description 127
- 239000007943 implant Substances 0.000 title claims abstract description 73
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 title description 7
- 230000000845 anti-microbial effect Effects 0.000 claims abstract description 37
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 claims abstract description 31
- 239000004599 antimicrobial Substances 0.000 claims abstract description 26
- 108010059993 Vancomycin Proteins 0.000 claims abstract description 18
- 229960003165 vancomycin Drugs 0.000 claims abstract description 18
- MYPYJXKWCTUITO-LYRMYLQWSA-N vancomycin Chemical compound O([C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1OC1=C2C=C3C=C1OC1=CC=C(C=C1Cl)[C@@H](O)[C@H](C(N[C@@H](CC(N)=O)C(=O)N[C@H]3C(=O)N[C@H]1C(=O)N[C@H](C(N[C@@H](C3=CC(O)=CC(O)=C3C=3C(O)=CC=C1C=3)C(O)=O)=O)[C@H](O)C1=CC=C(C(=C1)Cl)O2)=O)NC(=O)[C@@H](CC(C)C)NC)[C@H]1C[C@](C)(N)[C@H](O)[C@H](C)O1 MYPYJXKWCTUITO-LYRMYLQWSA-N 0.000 claims abstract description 18
- MYPYJXKWCTUITO-UHFFFAOYSA-N vancomycin Natural products O1C(C(=C2)Cl)=CC=C2C(O)C(C(NC(C2=CC(O)=CC(O)=C2C=2C(O)=CC=C3C=2)C(O)=O)=O)NC(=O)C3NC(=O)C2NC(=O)C(CC(N)=O)NC(=O)C(NC(=O)C(CC(C)C)NC)C(O)C(C=C3Cl)=CC=C3OC3=CC2=CC1=C3OC1OC(CO)C(O)C(O)C1OC1CC(C)(N)C(O)C(C)O1 MYPYJXKWCTUITO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 238000000194 supercritical-fluid extraction Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 10
- 210000004872 soft tissue Anatomy 0.000 claims abstract description 7
- 244000309464 bull Species 0.000 claims abstract description 6
- 238000005273 aeration Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 claims abstract description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 18
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims description 11
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 7
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 6
- 229940036998 hypertonic sodium chloride Drugs 0.000 claims description 3
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 abstract description 17
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 13
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 10
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 abstract description 8
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 abstract description 5
- 230000002138 osteoinductive effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 abstract description 4
- 230000001900 immune effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 abstract description 3
- 210000000963 osteoblast Anatomy 0.000 abstract description 3
- 230000012010 growth Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 33
- 239000000463 material Substances 0.000 description 21
- 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 9
- 229930182566 Gentamicin Natural products 0.000 description 9
- 229960002518 gentamicin Drugs 0.000 description 9
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 7
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 6
- 101710167839 Morphogenetic protein Proteins 0.000 description 5
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 5
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 4
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 4
- 230000028993 immune response Effects 0.000 description 4
- 210000000987 immune system Anatomy 0.000 description 4
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 4
- 230000002458 infectious effect Effects 0.000 description 4
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 description 3
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 3
- 229920002988 biodegradable polymer Polymers 0.000 description 3
- 239000004621 biodegradable polymer Substances 0.000 description 3
- 230000008468 bone growth Effects 0.000 description 3
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000005115 demineralization Methods 0.000 description 3
- 230000002328 demineralizing effect Effects 0.000 description 3
- 239000003102 growth factor Substances 0.000 description 3
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 3
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 3
- 230000011164 ossification Effects 0.000 description 3
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 description 2
- 102000003839 Human Proteins Human genes 0.000 description 2
- 108090000144 Human Proteins Proteins 0.000 description 2
- 206010061218 Inflammation Diseases 0.000 description 2
- 241000191967 Staphylococcus aureus Species 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 239000012237 artificial material Substances 0.000 description 2
- 210000002805 bone matrix Anatomy 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004663 cell proliferation Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- MYPYJXKWCTUITO-KIIOPKALSA-N chembl3301825 Chemical compound O([C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1OC1=C2C=C3C=C1OC1=CC=C(C=C1Cl)[C@@H](O)[C@H](C(N[C@@H](CC(N)=O)C(=O)N[C@H]3C(=O)N[C@H]1C(=O)N[C@H](C(N[C@H](C3=CC(O)=CC(O)=C3C=3C(O)=CC=C1C=3)C(O)=O)=O)[C@H](O)C1=CC=C(C(=C1)Cl)O2)=O)NC(=O)[C@@H](CC(C)C)NC)[C@H]1C[C@](C)(N)C(O)[C@H](C)O1 MYPYJXKWCTUITO-KIIOPKALSA-N 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 2
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 description 2
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 description 2
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 description 2
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 description 2
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 2
- 230000004054 inflammatory process Effects 0.000 description 2
- 230000035992 intercellular communication Effects 0.000 description 2
- 229940127554 medical product Drugs 0.000 description 2
- 244000000010 microbial pathogen Species 0.000 description 2
- 230000001002 morphogenetic effect Effects 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 2
- 210000002435 tendon Anatomy 0.000 description 2
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 2
- 208000020084 Bone disease Diseases 0.000 description 1
- 241000283690 Bos taurus Species 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 102000003886 Glycoproteins Human genes 0.000 description 1
- 108090000288 Glycoproteins Proteins 0.000 description 1
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- 206010067268 Post procedural infection Diseases 0.000 description 1
- 206010061363 Skeletal injury Diseases 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 1
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 1
- 239000012984 antibiotic solution Substances 0.000 description 1
- 238000011882 arthroplasty Methods 0.000 description 1
- 229920000249 biocompatible polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000013060 biological fluid Substances 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000021164 cell adhesion Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 1
- 238000010353 genetic engineering Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000076 hypertonic saline solution Substances 0.000 description 1
- 239000000819 hypertonic solution Substances 0.000 description 1
- 229940021223 hypertonic solution Drugs 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000009629 microbiological culture Methods 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 230000004089 microcirculation Effects 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002188 osteogenic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [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 1
- 230000001766 physiological effect Effects 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 210000000130 stem cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000008174 sterile solution Substances 0.000 description 1
- 239000008227 sterile water for injection Substances 0.000 description 1
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000011477 surgical intervention Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000013268 sustained release Methods 0.000 description 1
- 239000012730 sustained-release form Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/14—Macromolecular materials
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
- A61L27/54—Biologically active materials, e.g. therapeutic substances
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Dermatology (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
Description
Область техники.The field of technology.
Изобретение относится к технологии изготовления медицинских изделий, а именно имплантатов или трансплантатов для травматологии, ортопедии, челюстно-лицевой хирургии, применяемых для замещения костной ткани.The invention relates to the manufacturing technology of medical devices, namely implants or transplants for traumatology, orthopedics, maxillofacial surgery, used to replace bone tissue.
Уровень техники.The prior art.
При хирургическом лечении костных заболеваний и травм существует костные дефекты, полости для заполнения которых применяют имплантаты, остеопластические материалы, деминерализованный костный матрикс. К имплантатам для замещения костной ткани существует множество требований, например биологическая и механическая совместимость. Одной из важных функций которую способен выполнять имплантат, это подавление патогенных микроорганизмов в области имплантации, для этого он должен обладать антимикробной активностью. В качестве имплантатов используют, например фрагменты аутокости, аллокости, ксенокости специально подготовленные для имплантации, которые представляют собой имплантаты биологической природы, или имплантаты из искусственных материалов (например титан, углерод, полимеры, керамика, гидроксиапатит), обладающие биосовместимостью и достаточным уровнем прочности. Все эти имплантаты имеют свои преимущества и недостатки и соответствующие технологии изготовления. Настоящее изобретение касается технологии изготовления имплантат из ксенокости, так как он обладает некоторыми преимуществами в сравнении с другими имплантатами. Ксеногенный материал с сохраненными естественными пористыми структурами, обладает благоприятными механическими и физиологическими свойствами. Ксеногенный материал лишен проблем связанных с искусственными материалами, донорскими материалами и аутоматериалами. Использование ксеногенного материала доступно, и позволяет получать и выбирать биомеханические структуры имплантата приближенные к свойствам кости пациента. Для преодоления реакции отторжения ксеногенных материалов при изготовлении их подвергают специальной обработке.In the surgical treatment of bone diseases and injuries, there are bone defects whose cavities are filled with implants, osteoplastic materials, and a demineralized bone matrix. There are many requirements for implants for bone replacement, such as biological and mechanical compatibility. One of the important functions that an implant is capable of performing is the suppression of pathogenic microorganisms in the field of implantation; for this, it must have antimicrobial activity. As implants, for example, fragments of autobone, allocost, xenostrum specially prepared for implantation, which are implants of a biological nature, or implants made of artificial materials (e.g. titanium, carbon, polymers, ceramics, hydroxyapatite), which have biocompatibility and a sufficient level of strength, are used. All these implants have their advantages and disadvantages and the corresponding manufacturing technology. The present invention relates to a technology for the manufacture of xenograft implants, as it has some advantages over other implants. Xenogenic material with preserved natural porous structures, has favorable mechanical and physiological properties. Xenogenic material is free from problems associated with artificial materials, donor materials and auto materials. The use of xenogenic material is available, and allows you to obtain and select biomechanical structures of the implant close to the properties of the patient’s bone. To overcome the reaction of rejection of xenogenic materials in the manufacture of them, they are subjected to special processing.
Известен биоимплант для восстановления структуры и объема костной ткани» (источник [1]: патент РФ, RU (источник [1]: патент РФ, RU 2609201). Для получения биоимплантата производят фильтрацию солевого раствора, являющегося отходом деминерализации костной ткани человека в процессе производства деминерализованных костных имплантатов. После этого проводят нейтрализацию отфильтрованного солевого раствора. Затем отделяют осадок, центрифугируя полученный после нейтрализации раствор в течение 15 мин при 3000 об/мин. Промывают полученный осадок дистиллированной водой. Повторно центрифугируют осадок. Промывают осадок при непрерывном встряхивании взвеси. Высушивают в термостате в течение 3 ч при 140°С. Проводят механическое измельчение биоматериала и обработку ультразвуком таким образом, чтобы получить порошок, состоящий на 60-70% из частиц размером 10-100 нм.A known bioimplant for restoring the structure and volume of bone tissue ”(source [1]: RF patent, RU (source [1]: RF patent, RU 2609201). To obtain a bioimplant, a saline solution is filtered, which is a waste product of human bone tissue demineralization during production demineralized bone implants. After this, the filtered saline is neutralized. Then the precipitate is separated by centrifuging the solution obtained after neutralization for 15 min at 3000 rpm. re-centrifuged the sediment. The precipitate is washed with continuous shaking of the suspension. It is dried in an thermostat for 3 hours at 140 ° C. The biomaterial is mechanically milled and sonicated to obtain a powder consisting of 60-70% of particles with a size of 10 -100 nm.
Технология изготовления имплантата [1] не позволяет получить полноценный костный блок, способный выполнять функцию биологического опорного каркаса. Получаемый материал не обладает противомикробной активностью.The manufacturing technology of the implant [1] does not allow to obtain a full-fledged bone block, capable of performing the function of a biological supporting frame. The resulting material does not have antimicrobial activity.
Известен способ фиксации антибиотиков в пористых имплантатах (источник [2]: патентная заявка РФ, RU 2005122113).), включающий заполнение микропор имплантата раствором антибиотика, отличающийся тем, что предварительно готовят стерильный раствор антибиотика в жидком геле, в который помещают пористый имплантат на 3/4 его высоты и выдерживают в растворе до образования плотного геля во взаимосвязанных микрополостях имплантата и используют его для замещения костных дефектов. В качестве жидкого геля используют биологически совместимые ВМС образующие гель. В качестве ВМС используют желатин, коллаген. Осуществляют предварительное растворение антибиотика в стерильной воде для инъекций. Используют пористый имплантат из никелида титана.A known method of fixing antibiotics in porous implants (source [2]: patent application of the Russian Federation, RU 2005122113).), Including filling the micropores of the implant with an antibiotic solution, characterized in that a sterile solution of the antibiotic in a liquid gel is preliminarily prepared, into which the porous implant is placed at 3 / 4 of its height and kept in solution until a dense gel is formed in the interconnected microcavities of the implant and used to replace bone defects. As a liquid gel, biologically compatible IUDs forming a gel are used. Gelatin, collagen are used as IUDs. Preliminary dissolution of the antibiotic in sterile water for injection. A porous titanium nickelide implant is used.
Описанный способ [2] не позволяет получить материал с естественной природной пористостью и сходными с естественной костью механическим свойствами, обладающий приближенными характеристиками упругости и прочности. Использование в качестве носителя антибактериального препарата жидкого геля, желатин, коллаген не позволяет растянуть во времени высвобождение противомикробного препарата из имплантата с заданным процентом высвобождения. Гель не создает дополнительную упругость имплантату. Гель легко покидает поры имплантата, в течение нескольких часов, под действием механической нагрузки и в результате микроциркуляции биологических жидкостей после имплантации, т.е. имплантат не обеспечивается пролонгированное противомикробное действие. В источнике не описано применение способа [2] к ксеногенным материалам, соответственно получаемый имплантат не обладает естественными макро- и микропорами, остеоиндуктивными свойствами. Использование никелида титана в качестве материала имплантата несёт риск его отторжения, возникновения воспалительной реакции при контакте металла с биологическим тканями.The described method [2] does not allow to obtain a material with natural natural porosity and mechanical properties similar to natural bone, with approximate characteristics of elasticity and strength. The use of a liquid gel, gelatin, and collagen as a carrier of an antibacterial preparation does not allow a time extension of the release of the antimicrobial preparation from the implant with a given percentage of release. The gel does not create additional elasticity to the implant. The gel easily leaves the pores of the implant, within a few hours, under the action of mechanical stress and as a result of microcirculation of biological fluids after implantation, i.e. the implant is not provided with a prolonged antimicrobial effect. The source does not describe the application of the method [2] to xenogenic materials, respectively, the resulting implant does not have natural macro- and micropores, osteoinductive properties. The use of titanium nickelide as the material of the implant carries the risk of rejection, the occurrence of an inflammatory reaction in contact with metal biological tissues.
Известен способ получения остеопластического материала (источник [3]: патент РФ, RU 2609201). Способ включает механическую очистку кости от мягких тканей и распиловку губчатой костной ткани, обработку гипертоническим раствором хлористого натрия с концентрацией 1-10% в течение 1-8 суток, помещение материала в ультразвуковую ванну с раствором перекиси водорода с концентрацией 1-10% на 1-8 суток, глубокую очистку и делипидизацию методом сверхкритической флюидной экстракции при температуре 20-70°С и давлении 1000-10000 psi в течение 30-500 минут, деминерализацию соляной кислотой 0,5-4 М в течение 15-300 минут и лиофилизацию в течение 1-48 часов. Имплантат выполнен из фрагмента губчатой части кости сельскохозяйственного животного очищенной от липидов. A known method of producing osteoplastic material (source [3]: RF patent, RU 2609201). The method includes mechanical cleaning of bone from soft tissues and sawing of spongy bone tissue, treatment with a hypertonic solution of sodium chloride with a concentration of 1-10% for 1-8 days, placing the material in an ultrasonic bath with a solution of hydrogen peroxide with a concentration of 1-10% for 1- 8 days, deep cleaning and delipidization by supercritical fluid extraction at a temperature of 20-70 ° C and a pressure of 1000-10000 psi for 30-500 minutes, demineralization with hydrochloric acid 0.5-4 M for 15-300 minutes and lyophilization for 1-48 hours. The implant is made of a fragment of the spongy part of the bone of an agricultural animal purified from lipids.
Способ получения остеопластического материала [3], наиболее близок по сущности, но он не позволяет получить имплантат обладающий антимикробной активностью с дозированным пролонгированным высвобождением противомикробного препарата в зоне имплантации. Из аналога не известна пригодность имплантата для импрегнации противомикробных препаратов.The method of producing osteoplastic material [3] is the closest in essence, but it does not allow to obtain an implant with antimicrobial activity with a dosed prolonged release of an antimicrobial preparation in the implantation zone. The suitability of the implant for the impregnation of antimicrobials is not known from the analogue.
Проблема получения имплантатов структурно идентичных естественной кости, из легко доступной основы, обладающих остеогенными характеристиками, не вызывающих иммунный ответ, способных купировать инфекционные процессы в месте имплантации, длительно подавлять микроорганизмы, является актуальной для современной медицинской науки. The problem of obtaining implants structurally identical to natural bone, from an easily accessible base, with osteogenic characteristics, not causing an immune response, capable of stopping infectious processes at the implantation site, and for a long time to suppress microorganisms, is relevant for modern medical science.
Сущность изобретения. SUMMARY OF THE INVENTION
Задача настоящего изобретения заключается в получении имплантата, выполненного из ксенокости, обладающего естественными макро- и микропорами, пригодного для костной пластики у человека, не вызывающего иммунного ответа (т.е. не способного активировать компоненты иммунной системы и специфически взаимодействовать с факторами иммунитета), обладающего остеоиндуктивными свойствами, выраженной антимикробной активностью, позволяющего замещать часть кости, обеспечивать механический каркас для клеток, длительно подавлять инфекционный процесс в зоне имплантации. The objective of the present invention is to obtain an implant made from xenostomy, having natural macro- and micropores, suitable for bone grafting in humans, not causing an immune response (i.e., not able to activate components of the immune system and specifically interact with immunity factors), having osteoinductive properties, pronounced antimicrobial activity, which allows to replace part of the bone, to provide a mechanical framework for the cells, to suppress the infectious process for a long time SS in the implantation zone.
Технический результат заключается в получении из ксенокости имплантата с выраженной антимикробной активностью, с дозированным пролонгированным высвобождением противомикробного препарата в зоне имплантации. При том, что получаемый имплантат является биологическим опорным каркасом для роста костной ткани, обладает остеоиндуктивными свойствами, способен трансформировать недифференцированные мезенхимальные клетки в остеобласты. Обладает схожими с костью пациента механическими свойствами, обеспечивает клеточную адгезию, обладает структурой с естественными макро- и микропорами, необходимых для межклеточной связи, васкуляризации, пролиферации клеток, диффузии биологических веществ. Не вызывает иммунного ответа (иммунологического отторжения). Основа для его изготовления (ксенокость) широко доступна.The technical result consists in obtaining an implant with pronounced antimicrobial activity from the xenosomes, with a dosed prolonged release of an antimicrobial preparation in the implantation zone. Despite the fact that the resulting implant is a biological supporting framework for bone growth, has osteoinductive properties, is able to transform undifferentiated mesenchymal cells into osteoblasts. It has mechanical properties similar to the patient’s bone, provides cell adhesion, and has a structure with natural macro- and micropores necessary for intercellular communication, vascularization, cell proliferation, and diffusion of biological substances. Does not cause an immune response (immunological rejection). The basis for its manufacture (xenon) is widely available.
Технический результат достигается тем, что в способе изготовления имплантата для замещения костной ткани, выполняют механическую очистку кости быка от мягких тканей, выделяют губчатую костную ткань в форме костного блока, выполняют обработку костного блока гипертоническим раствором хлористого натрия, в 7% растворе NaCl в течение 12 часов, выполняют обработку костного блока в ультразвуковой ванне с раствором перекиси водорода, в 0,1% растворе перекиси водорода в течение 48 часов, выполняют сверхкритическую флюидную экстракцию костного блока с использованием диоксида углерода СО2, при давлении 5143 psi, температуре 50°C, потоке от 20 до 22 scfh и чередованием по времени циклов, состоящих из динамического поточного режима, длительностью 25 мин., и статического режима, длительностью 5 мин., выдерживают еще 25 минут поточного режима, обработанный костный блок импрегнируют раствором противомикробного препарата, для этого порошок аморфного L,D полилактида с молекулярной массой 18 кДа и приведенной вязкостью 0,2 дл/г., в количестве 1,8 грамм, добавляют в раствор этилового спирта, в количестве 50 мл, затем в полученный раствор добавляют ванкомицин из расчета 2 грамма на 50 мл раствора, в полученную вязкую смесь помещают костный блок, выполняют сверхкритическую флюидную экстракцию костного блока в вязкой смеси с использованием диоксида углерода СО2, при давлении 3626 psi и температуре 32°С, со скоростью потока 10 г/мин в течении 5 мин., при давления 17404 psi и температуре 32°С в течении 60 мин., полученный имплантат замораживают и лиофилизируют, осуществляют газовую стерилизацию, с последующим вакуумированием и аэрацией. The technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing an implant to replace bone tissue, the bull bone is mechanically cleaned of soft tissues, spongy bone tissue in the form of a bone block is isolated, the bone block is treated with hypertonic sodium chloride solution in 7% NaCl solution for 12 hours, the bone block is processed in an ultrasonic bath with a solution of hydrogen peroxide, in a 0.1% hydrogen peroxide solution for 48 hours, supercritical fluid extraction of the bone block is performed using carbon dioxide CO 2, at a pressure of 5143 psi, a temperature of 50 ° C, a stream of 20 to 22 scfh and interleaved time cycles of the dynamic in-line mode, duration 25 min., and the static mode, duration of 5 min., allowed to stand still 25 minutes of flow regime, the treated bone block is impregnated with an antimicrobial solution, for this amorphous L, D polylactide powder with a molecular weight of 18 kDa and a reduced viscosity of 0.2 dl / g, in the amount of 1.8 grams, is added to the solution of ethyl alcohol, in the amount of 50 ml, zat Vancomycin is added to the resulting solution at the rate of 2 grams per 50 ml of solution, the bone block is placed in the obtained viscous mixture, supercritical fluid extraction of the bone block in the viscous mixture is carried out using carbon dioxide CO 2 , at a pressure of 3626 psi and a temperature of 32 ° C, a flow rate of 10 g / min for 5 minutes, at a pressure of 17,404 psi and a temperature of 32 ° C for 60 minutes, the resulting implant is frozen and lyophilized, gas sterilization is carried out, followed by vacuum and aeration.
Костный блок полученного из фрагмента губчатой части кости крупного рогатого скота, быков. Костный блок выдержан дважды подвергнут сверхкритической флюидной экстракции. Bone block obtained from a fragment of the spongy part of the bone of cattle, bulls. The bone block is aged twice subjected to supercritical fluid extraction.
Осуществление технического решения.Implementation of a technical solution.
Способ включает механическую очистку кости животного от мягких тканей и выделение костного блока из губчатой костной ткани. Обработку гипертоническим раствором хлористого натрия, с концентрацией 7% в течение 12 часов. Обработку костного блока в ультразвуковой ванне с раствором перекиси водорода. Костный блок помещают в ультразвуковую ванну с раствором перекиси водорода с концентрацией 0,1% на 48 часов. Глубокую очистку и делипидизацию путем сверхкритической флюидной экстракции диоксидом углерода CO2 при давлении 5143 psi, температуре 50°C, потоке от 20 до 22 scfh и чередованием по времени циклов, состоящих из динамического поточного режима, длительностью 25 мин., и статического режима, длительностью 5 мин., выдерживают еще 25 минут поточного режима. При необходимости получения деминерализованного имплантата, осуществляют деминерализацию путем выдерживания костного блока в соляной кислоте 0,5-4 М в течение 15-300 минут. Костный блок импрегнируют (насыщают, пропитывают) раствором противомикробного препарата. Для абсорбции противомикробного препарата в объеме костного блока, в качестве промежуточного носителя противомикробного препарата используют аморфный L,D – полилактид, который покрывая стенки макро и микро пор костного блока равномерно фиксирует противомикробный препарат по всей поверхности пористой структуры косного блока. Противомикробный препарат смешивают с аморфным L,D полилактидом, для этого порошок аморфного L,D полилактида, добавляют в раствор этилового спирта, затем в полученный раствор добавляют противомикробный препарат. Используют аморфный L,D-полилактид молекулярной массой 18 кДа, приведенная вязкость которого составляет 0,2 дл/г. Для создания комбинированного покрытия в этиловый спирт в количестве 50 мл добавляют порошок L,D полилактида в количестве 1,8 г, затем в полученный раствор добавляют противомикробный препарат, ванкомицин из расчета 2 г в 50 мл. В полученную вязкую смесь (вязкий раствор) помещают костный блок. Для удаления остатков этилового спирта и пластификации полимера L,D полилактида производят вторую сверхкритическую флюидную экстракцию диоксидом углерода CO2. При сверхкритической флюидной экстракции, подают диоксид углерода, при давлении 3626 psi и температуре 32°С, со скоростью потока 10 г/мин в течении 5 мин., при давления 17404 psi и температуре 32°С в течении 60 мин., (для пластификации и набухания L,D полилактида). После окончания сбрасывают давление до атмосферного, полученный имплантат замораживают и лиофилизируют. Имплантат стерилизуют газовой стерилизацией с последующим вакуумированием и аэрацией в течение 2 суток. The method includes mechanical cleaning of the animal’s bone from soft tissues and separation of the bone block from the spongy bone tissue. Treatment with hypertonic sodium chloride solution, with a concentration of 7% for 12 hours. Processing the bone block in an ultrasonic bath with a solution of hydrogen peroxide. The bone block is placed in an ultrasonic bath with a solution of hydrogen peroxide with a concentration of 0.1% for 48 hours. Deep purification and delipidization by supercritical fluid extraction with carbon dioxide CO 2 at a pressure of 5143 psi, a temperature of 50 ° C, a flow of 20 to 22 scfh and alternating cycles of time consisting of a dynamic flow mode, lasting 25 minutes, and static mode, lasting 5 min., Withstand another 25 minutes of flow mode. If it is necessary to obtain a demineralized implant, demineralization is carried out by keeping the bone block in hydrochloric acid 0.5-4 M for 15-300 minutes. The bone block is impregnated (saturated, saturated) with an antimicrobial solution. To absorb an antimicrobial preparation in the volume of the bone block, amorphous L, D polylactide is used as an intermediate carrier of the antimicrobial preparation, which, covering the walls of the macro and micro pores of the bone block, uniformly fixes the antimicrobial preparation over the entire surface of the porous structure of the skeleton block. The antimicrobial preparation is mixed with amorphous L, D polylactide, for this the powder of amorphous L, D polylactide is added to a solution of ethyl alcohol, then an antimicrobial preparation is added to the resulting solution. An amorphous L, D polylactide with a molecular weight of 18 kDa was used, the reduced viscosity of which was 0.2 dl / g. To create a combined coating in ethanol in an amount of 50 ml, L, D polylactide powder in an amount of 1.8 g is added, then an antimicrobial preparation, vancomycin, at the rate of 2 g in 50 ml is added to the resulting solution. A bone block is placed in the resulting viscous mixture (viscous solution). To remove residual ethanol and plasticizing polymer L, D polylactide produce a second supercritical fluid extraction with carbon dioxide CO 2. In supercritical fluid extraction, carbon dioxide is supplied at a pressure of 3626 psi and a temperature of 32 ° C, with a flow rate of 10 g / min for 5 minutes, at a pressure of 17404 psi and a temperature of 32 ° C for 60 minutes, (for plasticization and swelling of L, D polylactide). After the end, the pressure is released to atmospheric, the resulting implant is frozen and lyophilized. The implant is sterilized by gas sterilization, followed by evacuation and aeration for 2 days.
Пример получения имплантата для замещения костной ткани с противомикробной активностью, импрегнированный ванкомицином. An example of obtaining an implant to replace bone tissue with antimicrobial activity, impregnated with vancomycin.
Формируют костный блок из очищенного фрагмента губчатой части кости быков возрастом до 6 месяцев, с соблюдением требований стандарта на медицинские изделия, изготовленные с использованием материалов животного происхождения (ГОСТ Р ИСО 22442-1-2011 Изделия медицинские, использующие ткани и их производные животного происхождения). Костный блок формируют из губчатой кости, распиленной на блоки, размером 20х15х5 мм, очищают от сухожилий и мягких тканей, например ручным способом с использованием ножа. Костный блок промывают проточной водой в течение 2 мин, обрабатывают в 7% растворе NaCl в течение 12 часов. После обработки в 7% растворе NaCl костный блок промывают проточной водой. Костный блок обрабатывают в ультразвуковой ванне в 0,1% растворе перекиси водорода в течение 48 часов. После обработки в ультразвуковой ванне в 0,1% растворе перекиси водорода костный блок промывают проточной водой. Костный блок подсушивают на фильтровальной бумаге в течение трех часов в пластиковой таре. Костный блок взвешивают. Костный блок подвергают глубинной очистке путем сверхкритической флюидной экстракции с использованием диоксида углерода СО2, который способен диффундировать в макро- и микропоры костного блока и растворять липиды. Экстракцию проводят с использованием следующих параметров: давление P=5143 psi (35Мпа), температура t=50°C, поток от 20 до 22 scfh (стандартные кубические футы в час. standard cubic feet per hour) (среднее значение 16,9 г/мин, жидкий СО2) и чередованием по времени циклов, состоящих из динамического поточного режима, длительностью 25 мин, и статического режима, длительностью 5 мин. Экстракцию липидов из костного блока регистрируют, оценивают наличие посторонних веществ в выходящей двуокиси углерода, и при регистрации выхода чистого газа CO2, без посторонних веществ, для достоверности выдерживают еще 25 минут поточного режима. Костный блок взвешивают, при отсутствии изменения массы очистку считают завершенной, данный подход является гарантией качества очистки. Обеспечивается доступность (открытость) макро- и микропор костного блока, сохраняются нативные морфогенетические белки и удаляются вещества способные раздражать иммунную системы пациента. Указанной обработкой обеспечивается доступность (открытость) макро- и микропор костного блока, сохраняются нативные морфогенетические белки и удаляются вещества способные раздражать иммунную системы пациента. Костный блок представляет собой трехмерный пространственный каркас, из сети макромолекул, коллагена, ферменты, и гликопротеины, которые обеспечивают структурную и биохимическую поддержку окружающих клеток. Далее костный блок насыщают раствором противомикробного препарата. Для импрегнации используют противомикробный препарат ванкомицин смешанный с аморфным L,D полилактидом, что обеспечивает абсорбцию антибиотика в объеме материала костного блока. Аморфный L,D полилактид выполняет функцию промежуточного носителя противомикробного препарата, смесь покрывает стенки макро- и микропор равномерно по всей поверхности и объему костного блока. Применяют аморфный L,D полилактид молекулярной массой 18 килодальтон (кДа), приведенная вязкость которого составляла 0,2 децилитра на грамм (дл/г). Смесь аморфного L,D полилактида и ванкомицина получают добавляя порошок аморфного L,D полилактида, в количестве 1,8 грамм, в раствор этилового спирта, в количестве 50 мл, затем в полученный раствор добавляют ванкомицин из расчета 2 грамма на 50 мл раствора. В полученную вязкую смесь (раствор) помещают костный блок. Затем для пластификации аморфного L,D полилактида и удаления из смеси этилового спирта осуществляют сверхкритическую флюидную экстракции диоксидом углерода CO2. Сосуд с размещенным в смеси костным блоком помещают в реактор установки сверхкритической флюидной экстракции фирмы, подают диоксид углерода CO2, доводят среду до давления P=3626 psi (25Мпа), температуры T=32°С, со скоростью потока 10 г/мин в течении 5 минут (для отгонки этилового спирта). Затем устанавливают статический режим при давления P= 17404 psi (120Мпа), температуре T=32°С на 60 мин (для пластификации и набухания аморфного L,D полилактида). Далее сбрасывают давление до атмосферного. Имплантат, замораживают и лиофилизируют. Осуществляют газовую стерилизацию, с последующим вакуумированием и аэрацией в течение 2 суток. Конечное содержание ванкомицина в среднем составляет 100 мкг в костном блоке. A bone block is formed from a purified fragment of the spongy part of the bone of bulls up to 6 months of age, in compliance with the requirements of the standard for medical products made using materials of animal origin (GOST R ISO 22442-1-2011 Medical products using tissues and their derivatives of animal origin). The bone block is formed from a cancellous bone, sawn into blocks, 20x15x5 mm in size, and is cleaned of tendons and soft tissues, for example, manually using a knife. The bone block is washed with running water for 2 minutes, treated in a 7% NaCl solution for 12 hours. After treatment in a 7% NaCl solution, the bone block is washed with running water. The bone block is treated in an ultrasonic bath in a 0.1% hydrogen peroxide solution for 48 hours. After processing in an ultrasonic bath in a 0.1% hydrogen peroxide solution, the bone block is washed with running water. The bone block is dried on filter paper for three hours in a plastic container. The bone block is weighed. The bone block is subjected to deep cleaning by supercritical fluid extraction using carbon dioxide CO 2 , which is able to diffuse into macro- and micropores of the bone block and dissolve lipids. The extraction is carried out using the following parameters: pressure P = 5143 psi (35 MPa), temperature t = 50 ° C, flow from 20 to 22 scfh (standard cubic feet per hour. Standard cubic feet per hour) (average 16.9 g / min, liquid CO 2 ) and alternating in time cycles consisting of a dynamic flow mode, lasting 25 minutes, and a static mode, lasting 5 minutes The extraction of lipids from the bone block is recorded, the presence of foreign substances in the outgoing carbon dioxide is assessed, and when the yield of pure CO 2 gas is recorded, without foreign substances, another 25 minutes of continuous flow are maintained for reliability. The bone block is weighed, in the absence of a change in mass, the cleaning is considered complete, this approach is a guarantee of the quality of cleaning. Accessibility (openness) of macro- and micropores of the bone block is ensured, native morphogenetic proteins are preserved and substances that can irritate the patient's immune system are removed. This treatment ensures the availability (openness) of macro- and micropores of the bone block, native morphogenetic proteins are preserved, and substances that can irritate the patient's immune system are removed. The bone block is a three-dimensional spatial framework made up of a network of macromolecules, collagen, enzymes, and glycoproteins that provide structural and biochemical support for surrounding cells. Next, the bone block is saturated with an antimicrobial solution. For impregnation, the antimicrobial drug vancomycin mixed with amorphous L, D polylactide is used, which ensures the absorption of the antibiotic in the volume of the bone block material. Amorphous L, D polylactide acts as an intermediate carrier of an antimicrobial drug, the mixture covers the walls of macro- and micropores evenly over the entire surface and volume of the bone block. Amorphous L, D polylactide with a molecular weight of 18 kilodaltons (kDa), the reduced viscosity of which was 0.2 deciliter per gram (dl / g), was used. A mixture of amorphous L, D polylactide and vancomycin is obtained by adding amorphous L, D polylactide powder, in an amount of 1.8 grams, to a solution of ethyl alcohol, in an amount of 50 ml, then vancomycin is added to the resulting solution at the rate of 2 grams per 50 ml of solution. A bone block is placed in the resulting viscous mixture (solution). Then, for the plasticization of amorphous L, D polylactide and removal of ethanol from the mixture, supercritical fluid extraction of carbon dioxide CO 2 is carried out. Receptacle with placed in a mixture of bone block is placed in a reactor installation supercritical fluid extraction of carbon dioxide, is fed company CO 2 medium is brought to a pressure P = 3,626 psi (25 MPa), the temperature T = 32 ° C, at a flow rate of 10 g / min during 5 minutes (for distillation of ethyl alcohol). Then, the static mode is established at a pressure of P = 17404 psi (120 MPa), a temperature of T = 32 ° C for 60 min (for plasticization and swelling of amorphous L, D polylactide). Then they release the pressure to atmospheric. The implant is frozen and lyophilized. Gas sterilization is carried out, followed by evacuation and aeration for 2 days. The final vancomycin content averages 100 mcg in the bone block.
Полимер, заполняющий макро- и микропоры, увеличивает общую механическую прочность костного блока.The polymer filling macro- and micropores increases the overall mechanical strength of the bone block.
Средний выход ванкомицина из имплантата, в процентах % от начального содержания в зависимости от продолжительности имплантации составляет 19,11% на 2 сутки, 16,71% на 5 сутки, 16,10% на 8 сутки, 14,53% на 11 сутки, 1,71% на 14 сутки, 4,13% на 17 сутки, 0,45% на 20 сутки, 0,37% на 23 сутки, 3,70 % на 26 сутки, 1,02% на 30 сутки инкубации. Остаточное содержание ванкомицина в имплантате 22 % от начального содержания, на 30 сутки инкубации.The average yield of vancomycin from the implant, as a percentage of the initial content, depending on the duration of implantation, is 19.11% on day 2, 16.71% on day 5, 16.10% on day 8, 14.53% on day 11, 1.71% on day 14, 4.13% on day 17, 0.45% on day 20, 0.37% on day 23, 3.70% on day 26, 1.02% on day 30 of incubation. The residual content of vancomycin in the implant is 22% of the initial content, on the 30th day of incubation.
Получают имплантат, обладающий антибактериальными свойствами, выполненный в форме костного блока, из очищенной губчатой части кости быка, размером 20х15х5мм, сохранившей естественные макро- и микропоры. Имплантат содержит нативные морфогенетические белки BMPs в материале костного блока, ванкомицин в составе смеси с биоразлагаемым полимером L,D-полилактидом. An implant with antibacterial properties is obtained, made in the form of a bone block, from the cleansed spongy part of the bull’s bone, 20x15x5mm in size, preserving the natural macro- and micropores. The implant contains native morphogenetic proteins BMPs in the material of the bone block, vancomycin as part of a mixture with the biodegradable polymer L, D-polylactide.
Пример получения имплантата импрегнированного гентамицином с полимерным носителем. An example of obtaining an implant impregnated with gentamicin with a polymer carrier.
Формируют костный блок из губчатой кости, распиленной на блоки, размером 20х20х20 мм, очищают от сухожилий и мягких тканей, например ручным способом с использованием ножа. Костный блок промывают проточной водой в течение 3 мин, выдерживают в гипертоническом солевом растворе хлористого натрия (NaCl) с концентрацией от 1% в течение 240 часов. После обработки в растворе NaCl костный блок промывают проточной водой. Костный блок выдерживают в ультразвуковой ванне с раствором 1% перекиси водорода, в течение 240 часов. После обработки в ультразвуковой ванне костный блок промывают проточной водой. Костный блок подсушивают на фильтровальной бумаге в течение трех часов в пластиковой таре. Костный блок взвешивают. Костный блок подвергают глубинной очистке путем сверхкритической флюидной экстракции с использованием диоксида углерода СО2, который способен диффундировать в макро- и микропоры костного блока и растворять липиды. Экстракцию проводят с использованием следующих параметров: давление P=1000 psi, температура t=70°C, поток от 20 до 22 scfh (стандартные кубические футы в час. standard cubic feet per hour) (среднее значение 16,9 г/мин, жидкий СО2) и чередованием по времени циклов, состоящих из динамического поточного режима, длительностью 400 мин, и статического режима, длительностью 100 мин. Экстракцию липидов из костного блока регистрируют, оценивают наличие посторонних веществ в выходящей двуокиси углерода, и при регистрации выхода чистого газа CO2, без посторонних веществ, для достоверности выдерживают еще 25 минут поточного режима. Костный блок взвешивают, при отсутствии изменения массы очистку считают завершенной, данный подход является гарантией качества очистки. Обеспечивается доступность (открытость) макро- и микропор костного блока, сохраняются нативные морфогенетические белки и удаляются вещества способные раздражать иммунную системы пациента. A bone block is formed from the cancellous bone, sawn into blocks, 20x20x20 mm in size, cleaned of tendons and soft tissues, for example, manually using a knife. The bone block is washed with running water for 3 minutes, kept in a hypertonic saline solution of sodium chloride (NaCl) with a concentration of 1% for 240 hours. After treatment in a NaCl solution, the bone block is washed with running water. The bone block is kept in an ultrasonic bath with a solution of 1% hydrogen peroxide for 240 hours. After processing in an ultrasonic bath, the bone block is washed with running water. The bone block is dried on filter paper for three hours in a plastic container. The bone block is weighed. The bone block is subjected to deep cleaning by supercritical fluid extraction using carbon dioxide CO 2 , which is able to diffuse into macro- and micropores of the bone block and dissolve lipids. The extraction is carried out using the following parameters: pressure P = 1000 psi, temperature t = 70 ° C, flow from 20 to 22 scfh (standard cubic feet per hour. Standard cubic feet per hour) (average 16.9 g / min, liquid СО 2 ) and alternating in time cycles consisting of a dynamic flow regime lasting 400 minutes and a static regime lasting 100 minutes. The extraction of lipids from the bone block is recorded, the presence of foreign substances in the outgoing carbon dioxide is assessed, and when the yield of pure CO 2 gas is recorded, without foreign substances, another 25 minutes of continuous flow are maintained for reliability. The bone block is weighed, in the absence of a change in mass, the cleaning is considered complete, this approach is a guarantee of the quality of cleaning. Accessibility (openness) of macro- and micropores of the bone block is ensured, native morphogenetic proteins are preserved and substances that can irritate the patient's immune system are removed.
Далее костный блок насыщают раствором противомикробного препарата. Для импрегнации используют противомикробный препарат гентамицин смешанный с аморфным L,D полилактидом, что обеспечивает абсорбцию антибиотика в объеме материала костного блока. Аморфный L,D полилактид выполняет функцию промежуточного носителя противомикробного препарата, смесь покрывает стенки макро- и микропор равномерно по всей поверхности и объему костного блока. Применяют аморфный L,D полилактид молекулярной массой 18 килодальтон (кДа), приведенная вязкость которого составляла 0,2 децилитра на грамм (дл/г). Смесь аморфного L,D полилактида и гентамицина получают добавляя порошок аморфного L,D полилактида, в количестве 1,8 грамм, в раствор этилового спирта, в количестве 50 мл, затем в полученный раствор добавляют гентамицин из расчета 1,5 грамма на 50 мл раствора. Next, the bone block is saturated with an antimicrobial solution. For impregnation, an antimicrobial gentamicin is used mixed with amorphous L, D polylactide, which ensures the absorption of the antibiotic in the volume of the bone block material. Amorphous L, D polylactide acts as an intermediate carrier of an antimicrobial drug, the mixture covers the walls of macro- and micropores evenly over the entire surface and volume of the bone block. Amorphous L, D polylactide with a molecular weight of 18 kilodaltons (kDa), the reduced viscosity of which was 0.2 deciliter per gram (dl / g), was used. A mixture of amorphous L, D polylactide and gentamicin is obtained by adding amorphous L, D polylactide powder, in an amount of 1.8 grams, to a solution of ethyl alcohol, in an amount of 50 ml, then gentamicin is added to the resulting solution at the rate of 1.5 grams per 50 ml of solution .
В полученную вязкую смесь (раствор) помещают костный блок. Затем для пластификации аморфного L,D полилактида и удаления из смеси этилового спирта осуществляют сверхкритическую флюидную экстракции диоксидом углерода CO2. Сосуд с размещенным в смеси костным блоком помещают в реактор установки сверхкритической флюидной экстракции фирмы, подают диоксид углерода CO2, доводят среду до давления P=10000psi, температуры T=32°С, со скоростью потока 10 г/мин в течении 5 минут (для отгонки этилового спирта). Затем устанавливают статический режим при давления P= 17404 psi (120Мпа) температуре T=32°С на 60 мин (для пластификации и набухания аморфного L,D полилактида). Далее сбрасывают давление до атмосферного. Наносят на имплантат пасту содержащую рекомбинантные морфогенетические человеческие белки rhBMP-2 и rhBMP-7. Имплантат, замораживают и лиофилизируют. A bone block is placed in the resulting viscous mixture (solution). Then, for the plasticization of amorphous L, D polylactide and removal of ethanol from the mixture, supercritical fluid extraction of carbon dioxide CO 2 is carried out. The vessel with the bone block placed in the mixture is placed in the reactor of the company’s supercritical fluid extraction unit, carbon dioxide CO 2 is supplied, the medium is brought to a pressure P = 10000psi, temperature T = 32 ° С, with a flow rate of 10 g / min for 5 minutes (for distillation of ethyl alcohol). Then, the static mode is established at a pressure of P = 17404 psi (120 MPa) at a temperature of T = 32 ° C for 60 min (for plasticization and swelling of amorphous L, D polylactide). Then they release the pressure to atmospheric. A paste containing recombinant morphogenetic human proteins rhBMP-2 and rhBMP-7 is applied to the implant. The implant is frozen and lyophilized.
Использование промежуточного полимерного носителя (L/D изомер полилактида) позволяет получить имплантатл с дозированным пролонгированным выходом противомикробного препарата (ванкомицина, гентамицина и т.п.). Противомикробный препарат в основной массе выходит достаточно большими равномерными порциями в течение первых 14 дней, сначала из поверхностных макро-и микропор при деградации полилактидной пленки аморфного L,D полилактида, образовавшейся на поверхности костных блоков в процессе обработки и удерживающей противомикробный препарат, а затем уже меньшими порциями выходит из глубоких макро-и микропор при биорезорбции материала костного блока.The use of an intermediate polymer carrier (L / D isomer of polylactide) allows you to get an implant with a dosed prolonged release of an antimicrobial drug (vancomycin, gentamicin, etc.). The antimicrobial preparation in the bulk comes in fairly large uniform portions during the first 14 days, first from the surface macro and micropores upon degradation of the polylactide film of the amorphous L, D polylactide, which formed on the surface of the bone blocks during processing and retains the antimicrobial preparation, and then smaller portions come out of deep macro and micropores during bioresorption of bone block material.
Костный блок дополнительно может быть насыщен белковыми факторами роста полученными путем генной инженерии. В качестве стимулятора остеогенеза в объем костного матрикса могут быть введены стволовые клетки пациента. Имплантат содержит противомикробный препарат, предполагается ванкомицин, но также доступно использование его аналогов, например гентомицина или иных. Предпочтительно, противомикробный препарат расположен в макро- и микропорах костного блока в составе смеси с биоразлагаемым полимером (абсорбция антибиотика в объеме материала костного блока). Это позволяет обеспечить длительное высвобождение противомикробного препарата. В качестве полимера предполагается использовать аморфный L,D-полилактид, биосовместимый и биоразлогаемый полимер. The bone block can additionally be saturated with protein growth factors obtained by genetic engineering. As a stimulator of osteogenesis, the patient’s stem cells can be introduced into the bone matrix volume. The implant contains an antimicrobial drug, vancomycin is assumed, but the use of its analogues, for example gentomycin or others, is also available. Preferably, the antimicrobial preparation is located in the macro- and micropores of the bone block as a mixture with a biodegradable polymer (antibiotic absorption in the volume of the bone block material). This allows for a sustained release of the antimicrobial agent. Amorphous L, D-polylactide, a biocompatible and biodegradable polymer are supposed to be used as a polymer.
Получают имплантат с антимикробной активностью выполненный в форме костного блока, полученного из очищенной губчатой части кости свиньи, размером 20х20х20мм, сохранившей естественные макро- и микропоры. Имплантат содержит рекомбинантные морфогенетические человеческие белки rhBMP-2 и rhBMP-7. Макро- и микропоры костного блока заполнены смесью состоящей из аморфного L,D-полилактида и противомикробного препарата гентамицин. Этим обеспечивается замедленное вымывание гентамицина, и его продолжительное антимикробное действие в зоне имплантации. Содержание гентамицин а в среднем составляет около 100 мкг в костном блоке, 60% противомикробного препарата высвобождаются дозировано в течение 14 дней после имплантации. Средний выход противомикробного препарата, в процентах % от начального содержания в зависимости от продолжительности имплантации составляет 4,28 % за сутки. Использование имплантата.An implant with antimicrobial activity is obtained in the form of a bone block obtained from the cleaned spongy part of the pig’s bone, 20x20x20mm in size, preserving the natural macro- and micropores. The implant contains recombinant morphogenetic human proteins rhBMP-2 and rhBMP-7. The macro- and micropores of the bone block are filled with a mixture of amorphous L, D-polylactide and the antimicrobial drug gentamicin. This ensures a delayed leaching of gentamicin, and its long-term antimicrobial effect in the implantation zone. The content of gentamicin a on average is about 100 mcg in the bone block, 60% of the antimicrobial drug is released dosed within 14 days after implantation. The average yield of an antimicrobial drug, as a percentage of the initial content, depending on the duration of implantation, is 4.28% per day. The use of an implant.
Имплантаты полученные по описанной технологии применяют в травматологии и ортопедии (например при ревизионном эндопротезировании и при переломах), челюстно-лицевой хирургии, для замещения костной ткани, путем заполнения утраченного или направленно удаленного объема костной ткани имплантатом. Имплантаты целесообразно применять в случаях, когда необходимо постепенно создавать необходимую концентрацию противомикробного препарата в месте имплантации и обеспечивать длительное высвобождение противомикробного препарата, например при заполнении дефектов с целью снижения риска послеоперационного инфицирования. В ходе оперативного вмешательства удаляют патологически изменённую костную ткань, очищают зону повреждения кости, в объем недостающей костной ткани устанавливают имплантат, одномоментно замещая отсутствующую костную ткань. При необходимости имплантат фиксируют в месте имплантации, например спицей Киршнера, костным винтом, или иным известным способом. После установки имплантата из костного блока высвобождается противомикробный препарат (ванкомицин, гентамицин и т.п.) который обладает антимикробной активностью, препятствует размножению патогенных микроорганизмов в месте имплантации, способствует сдерживанию и подавлению инфекционных процессов. Имплантат является биологическим опорным каркасом для роста костной ткани, механические свойства которого идентичны кости пациента, так как он состоит из губчатой ксенокости, подобранной из наиболее подходящей по механическим свойствам, с сохраненными естественными макро- и микропорами. Имплантат способствует образованию костной ткани, так как содержит морфогенетические белки (факторы роста костной ткани BMPs), которые инициируют трансформацию недифференцированных мезенхимальных клеток в остеобласты. Наличие макро- и микропор обеспечивает межклеточные связи, васкуляризацию, пролиферацию клеток, диффузию биологических веществ в зоне имплантации. Костный блок не вызывает иммунного ответа (иммунологического отторжения), в результате того, что обработан путем сверхкритическую флюидную экстракции диоксидом углерода CO2. При наличии воспаления имплантат способен купировать инфекционный процесс в зоне имплантации. В процессе разложения из материала костного блока высвобождаются сохраненные нативные белковые факторы роста, стимулирующие остеогенез, формирование собственной костной ткани пациента. Implants obtained according to the described technology are used in traumatology and orthopedics (for example, during revision arthroplasty and fractures), maxillofacial surgery, to replace bone tissue, by filling the lost or directionally removed volume of bone tissue with an implant. It is advisable to use implants in cases when it is necessary to gradually create the necessary concentration of an antimicrobial preparation at the implantation site and to provide a prolonged release of an antimicrobial preparation, for example, when filling defects to reduce the risk of postoperative infection. During surgical intervention, pathologically changed bone tissue is removed, the area of bone damage is cleaned, an implant is placed in the volume of the missing bone tissue, replacing the missing bone tissue at the same time. If necessary, the implant is fixed at the site of implantation, for example with a Kirschner needle, a bone screw, or in another known manner. After the implant is installed, an antimicrobial agent (vancomycin, gentamicin, etc.) is released from the bone block, which has antimicrobial activity, prevents the growth of pathogenic microorganisms at the implantation site, and helps to contain and suppress infectious processes. The implant is a biological supporting framework for bone growth, the mechanical properties of which are identical to the patient’s bones, since it consists of spongy xenosis, selected from the most suitable mechanical properties, with preserved natural macro- and micropores. The implant promotes bone formation, as it contains morphogenetic proteins (bone growth factors BMPs), which initiate the transformation of undifferentiated mesenchymal cells into osteoblasts. The presence of macro- and micropores ensures intercellular communication, vascularization, cell proliferation, diffusion of biological substances in the implantation zone. The bone block does not cause an immune response (immunological rejection), as a result of being processed by supercritical fluid extraction with carbon dioxide CO 2 . In the presence of inflammation, the implant is able to stop the infectious process in the implantation zone. In the process of decomposition, the preserved native protein growth factors stimulating osteogenesis and the formation of the patient’s own bone tissue are released from the material of the bone block.
Предлагаемый имплантат изготовлен авторами в ФГБУ «РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова Минздрава России и прошел экспериментальные исследования. В исследовании in vitro изучена антимикробная активность имплантата. Для оценки антибактериальных свойств имплантата использовали стандартные микробные культуры. Для проверки антимикробных свойств матрикса с ванкомицином использовали штамм Staphylococcus aureus ATCC 29213. Всего выполнено три серии тестов in vitro. Обнаружено, что выход ванкомицина при использовании промежуточного полимерного носителя (L/D изомер полилактида) в имплантате позволяет получить имплантат с дозированным пролонгированным выходом ванкомицина. Основной выход (68,16% от исходного содержания), ванкомицина происходит равномерно в течение первых 14 дней. После 30 дней инкубации остаточное содержание противомикробного препарата ванкомицина в костном блоке составиляет около 22%. Все имплантаты проявляют выраженную антимикробную активность в отношении Staphylococcus aureus. Таким образом, заявленные имплантаты достоверно обладают выраженной антимикробной активностью с пролонгированным действием.The proposed implant is made by the authors in FSBI "RRC" WTO "them. Acad. G.A. Ilizarova of the Ministry of Health of Russia and passed experimental studies. An in vitro study examined the antimicrobial activity of an implant . To assess the antibacterial properties of the implant, standard microbial cultures were used. To check the antimicrobial properties of the matrix with vancomycin, the Staphylococcus aureus ATCC 29213 strain was used. In total, three series of in vitro tests were performed. It was found that the yield of vancomycin using an intermediate polymer carrier (L / D polylactide isomer) in the implant allows to obtain an implant with a dosed prolonged release of vancomycin. The main yield (68.16% of the initial content), vancomycin occurs evenly during the first 14 days. After 30 days of incubation, the residual content of the antimicrobial drug vancomycin in the bone block is about 22%. All implants exhibit pronounced antimicrobial activity against Staphylococcus aureus. Thus, the claimed implants reliably possess pronounced antimicrobial activity with a prolonged effect.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019111284A RU2708639C1 (en) | 2019-04-16 | 2019-04-16 | Technology of making an implant for bone tissue replacement |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019111284A RU2708639C1 (en) | 2019-04-16 | 2019-04-16 | Technology of making an implant for bone tissue replacement |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2708639C1 true RU2708639C1 (en) | 2019-12-10 |
Family
ID=68836659
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019111284A RU2708639C1 (en) | 2019-04-16 | 2019-04-16 | Technology of making an implant for bone tissue replacement |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2708639C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2802139C1 (en) * | 2022-11-04 | 2023-08-22 | Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы "Научно-исследовательский институт скорой помощи им. Н.В. Склифосовского Департамента здравоохранения города Москвы" (ГБУЗ "НИИ СП ИМ. Н.В. СКЛИФОСОВСКОГО ДЗМ") | Method and an apparatus for sterilization of tendon transplants |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140205674A1 (en) * | 2013-01-22 | 2014-07-24 | Warsaw Orthopedic, Inc. | Method of preparing bone material having enhanced osteoinductivity |
| RU2609201C1 (en) * | 2015-08-14 | 2017-01-30 | Общество с ограниченной ответственностью "Кардиоплант" | Method for obtaining osteoplastic material |
-
2019
- 2019-04-16 RU RU2019111284A patent/RU2708639C1/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140205674A1 (en) * | 2013-01-22 | 2014-07-24 | Warsaw Orthopedic, Inc. | Method of preparing bone material having enhanced osteoinductivity |
| RU2609201C1 (en) * | 2015-08-14 | 2017-01-30 | Общество с ограниченной ответственностью "Кардиоплант" | Method for obtaining osteoplastic material |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| BARO M. et al. In vitro-in vivo characterization of gentamicin bone implants // Journal of Controlled Release, 2002, V.83, pp.353-364. * |
| BARO M. et al. In vitro-in vivo characterization of gentamicin bone implants // Journal of Controlled Release, 2002, V.83, pp.353-364. WITSO E. et al. Release of netilmicin and vancomycin from cancellous bone // Acta Orthop. Scand., 2002, V.73, pp.199-205. * |
| WITSO E. et al. Release of netilmicin and vancomycin from cancellous bone // Acta Orthop. Scand., 2002, V.73, pp.199-205. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2802139C1 (en) * | 2022-11-04 | 2023-08-22 | Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы "Научно-исследовательский институт скорой помощи им. Н.В. Склифосовского Департамента здравоохранения города Москвы" (ГБУЗ "НИИ СП ИМ. Н.В. СКЛИФОСОВСКОГО ДЗМ") | Method and an apparatus for sterilization of tendon transplants |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9114191B2 (en) | Process for demineralization of bone matrix with preservation of natural growth factors | |
| ES2968068T3 (en) | Preparations derived from placental materials and methods of manufacturing and using them | |
| CN106456837A (en) | Methods for preparation of a terminally sterilized hydrogel derived from extracellular matrix | |
| Choi et al. | Evaluation of hyaluronic acid/agarose hydrogel for cartilage tissue engineering biomaterial | |
| US20070110819A1 (en) | Composite structures containing hyaluronic acid the derivatives thereof as new bone substitutes and grafts | |
| Jana et al. | Waste-derived biomaterials as building blocks in the biomedical field | |
| US20090022770A1 (en) | Chitosan Compositions | |
| RU2524618C1 (en) | Combined bone allograft and method for preparing it | |
| KR101910504B1 (en) | Extra-cellular matrix for burn wound and skin deficit healing and the method of thereof | |
| RU2708639C1 (en) | Technology of making an implant for bone tissue replacement | |
| RU2691983C1 (en) | Method for purification, modification and sterilization of bone tissue and skin matrix derivatives using supercritical fluid | |
| EP2070557A1 (en) | Implantable microbial cellulose materials for hard tissue repair and regeneration | |
| Dabbarh et al. | Chitosan based biocomposites for hard tissue engineering | |
| RU191700U1 (en) | ANTI-MICROBIAL IMPLANT FOR SUBSTITUTION OF BONE TISSUE | |
| RU2712701C1 (en) | Implant for bone tissue replacement | |
| Pandey et al. | Pectin/pectin derivatives as potential scaffolds for the tissue engineering applications | |
| Ferrante et al. | Current applications of biomolecules in biomedical engineering | |
| RU2385727C1 (en) | Biocompatible composition for replacement (treatment) of partial and total defects of cartilaginous and bone tissue and method for preparing biocompatible composition for replacement (treatment) of partial and total defects of cartilaginous and bone tissue | |
| Nuntanaranont et al. | Effect of chitosan scaffold on bone healing in rabbit calvarial defect. | |
| RU2693606C1 (en) | Method of producing and using a highly purified mineral matrix in the form of segments and granules with osteoinductive properties for bone defect replacement | |
| Uslucan et al. | The histopathological effects of calcium triglyceride bone cement andchitosan on the healing of experimental bone defects | |
| Arshad et al. | Succinic Acid functionalized, Silk Fibroin and Hydroxyapatite Based Scaffolds for Craniofacial Deformity Repair | |
| Bolshakov et al. | Article Not peer-reviewed version | |
| dos Santos Morais | Development and Characterization of an Injectable Bone Substitute Based on a Hydrogel and Glass-Reinforced Hydroxyapatite (GR-HA) Granules | |
| Morais | Development and characterization of an injectable bone substitute based on a hydrogel and glass-reinforced hydroxyapatite (GR-HA) granules |