биоматериал для возмещения дефектов костей и способ его получения

Формула изобретения

1. Способ получения биоматериала для возмещения дефектов костей, включающий механическую очистку костей от параоссальных мягких тканей, отличающийся тем, что органические компоненты кости удаляют с помощью 6%-ного раствора гипохлорита натрия в течение 6-8 суток, измельчают в фарфоровой ступке до размеров гранул диаметром 50-100 мкм, промывают в дистиллированной воде и 96% этаноле и высушивают при комнатной температуре в течение суток.

2. Биоматериал для возмещения дефектов костей, полученный способом по п.1, состоящий из минерального порошка, выделенного из костной ткани сельскохозяйственных животных, отличающийся тем, что полученный биоматериал характеризуется шероховатостью, наноструктурированностью и имеет упорядоченную высокопористую структуру с размером пор 50-150 мкм, близкую к естественной структуре минерального матрикса костной ткани.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине, в частности к материалам для возмещения дефектов костей (остеомиелитических секвестров, костных кист, очагов остеонекроза) посредством осуществления остеоиндукции и остеокондукции в полостях, заполненных предлагаемым биоматериалом.

Известен имплантат для пластики костных полостей на основе крупноячеистой коллагеновой матрицы из декальцинированной губчатой кости, причем на нем осуществляют иммобилизацию антибактериальных препаратов, культур бластных клеток и стимуляторов биогенеза (RU № 2335258, 27.05.2008).

Известен биоимплантат для возмещения дефектов минерализованных тканей, который содержит минеральную составляющую, выделенную из костной ткани диафизов сельскохозяйственных животных путем воздействия 0,5 н. раствором соляной кислоты и насыщенного раствора щелочи, дополнительно содержит коллаген, белки плазмы крови пациентов с активным остеогенезом, взятой в период дистракции, физиологический раствор (RU № 2311167 С2, 20.06.2006).

Недостатками известных имплантатов являются: сложность изготовления, низкая остеоиндуктивная и остеопластическая эффективность, отсутствие остеокондуктивной активности, они ограниченно биосовместимы, окружаются фиброзной капсулой. При получении известных имплантатов используют деминерализующие вещества, нарушающие естественную микроархитектонику и химический состав костной ткани, что отрицательно сказывается на остеинтеграционных свойствах имплантатов и клинических результатах.

Задачей изобретения является создание биоматериала с высокими остеоиндуктивными, остеокондуктивными и остеоинтеграционными свойствами, имеющего высокопористую структуру, близкую к естественной структуре минерального матрикса костной ткани, а также упрощение процедуры изготовления.

Указанный технический результат достигается тем, что способ получения биоматериала для возмещения дефектов костей включает механическую очистку костей от параоссальных мягких тканей, органические компоненты кости удаляют с помощью 6% раствора гипохлорита натрия в течение 6-8 суток, измельчают в фарфоровой ступке до размеров гранул диаметром 50-100 мкм, промывают в дистиллированной воде и 96% этаноле и высушивают при комнатной температуре в течение суток. Полученный биоматериал характеризуется шероховатостью и наноструктурированностью и имеет упорядоченную высокопористую структуру с размером пор 50-150 мкм, близкую к естественной структуре минерального матрикса костной ткани.

Настоящее изобретение поясняют описанием, примером использования и иллюстрациями, на которых изображено:

Фиг.1 - упорядоченная высокопористая трехмерная организация биоматериала, близкая к естественной структуре минерализованного матрикса костной ткани. Сканирующая электронная микроскопия;

Фиг.2 - прикрепление к поверхности биоматериала остеогенных клеток и кровеносного сосуда свидетельствует об остеоинтеграционной эффективности биоматериала. Сканирующая электронная микроскопия;

Фиг.3 - врастание кровеносных сосудов и периваскулярных остеогенных клеток в трехмерную высокопористую структуру биоматериала свидетельствует о высоких остеоиндуктивных и остеокондуктивных свойствах биоминерала. Сканирующая электронная микроскопия;

Фиг.4 - эффективность биоматериала, как стимулятора регенерации костной ткани при возмещении дырчатого дефекта большеберцовой кости экспериментальных животных (крыс): а - регенерат животного контрольной группы, б - регенерат животного опытной группы. Срок эксперимента 7 суток. Стрелками обозначены гранулы биоматериала, окруженные новообразованной костной тканью в необычно ранние сроки. Световая микроскопия парафинового среза. Окраска гематоксилином и эозином. Объектив 10, окуляр 10;

Фиг.5 - доля различных тканевых компонентов в составе регенерата, формирующегося после перфорационной травмы большеберцовой кости крыс, в контроле (K) и опыте (О) через 7, 14 и 21 сутки после операции. Белый цвет - неминерализованные компоненты; темно-серый - остеоид костной ткани; черный - минерализованный матрикс костной ткани. Результаты рентгеновского эдектронно-зондового микроанализа.

Способ получения биоматериала осуществляют следующим образом.

Кости сельскохозяйственных животных очищают механическим способом от параоссальных мягких тканей. Органические компоненты кости (клетки, сосуды, костный мозг) удаляют с помощью 6% раствора гипохлорита натрия в течение 6-8 суток. Очищенную кость либо костные блоки измельчают в фарфоровой ступке до размеров частиц 50-100 мкм по трем измерениям (ширина, длина и высота). Полученный порошок, состоящий из гранул диаметром 50-100 мкм, промывают в дистиллированной воде и 96% этаноле и высушивают при комнатной температуре в течение суток.

Полученный биоматериал имеет упорядоченную высокопористую структуру с размером пор 50-150 мкм, близкую к естественной структуре минерального матрикса костной ткани (фиг.1).

Пример использования биоматериала.

В эксперименте на 60 взрослых крысах линии Wistar под общей анестезией в проксимальной трети диафиза большеберцовых костей в контрольной и опытной группах моделировали несквозные дырчатые дефекты диаметром 2 мм и глубиной 2,5-3 мм. В опытной группе животным непосредственно после операции в область сформированного дефекта вводили стерильный порошок биоматериала. Операционную рану послойно ушивали узловыми швами.

Сканирующая электронная микроскопия показала, что биоматериал имеет высокопористую структуру, содержит взаимосвязанные поры размером 50-150 мкм и сохраняет естественную архитектонику минерализованного матрикса костной ткани (фиг.1). Микрорельеф поверхности биоматериала характеризуется шероховатостью и наноструктурированностью, что обеспечивают оптимальные отношения между уровнем адгезии, темпами пролиферации и степенью дифференциации остеогенных клеток (фиг.2). Кровеносные сосуды и остеогенные клетки вросли в биоматериал, что свидетельствует о его высоких остеокондуктивных и остеоиндуктивных свойствах (фиг.3). После введения биоматериала активизировалось репаративное костеобразование и сократились сроки возмещения дефекта кости, о чем свидетельствует проведенное гистологическое исследование (фиг.4). Так в опытной группе животных через 7 суток после операции объем костной ткани в регенерате возрос более чем в 2 раза - с 8,6±0,41% в контроле до 17,9±0,63% в опыте (Р<0,001) (фиг.5).

Использование предлагаемого способа в отделе экспериментальной травматологии и ортопедии ФГБУ «РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А.Илизарова» позволило получить биоматериал без воздействия деминерализующих веществ, который имеет высокопористую структуру, близкую к естественной структуре минерального матрикса костной ткани. Предложенный способ упростил процедуру изготовления биоматериала, а его применение позволило сократить сроки возмещения дефектов костей.