close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY13684

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2010.10.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
BY 13684 C1 2010.10.30
(54)
BY (11) 13684
(13) C1
(19)
A 61K 33/06
СРЕДСТВО ДЛЯ СТИМУЛЯЦИИ РОСТА КОСТНОЙ ТКАНИ
(21) Номер заявки: a 20080151
(22) 2008.02.11
(43) 2009.10.30
(71) Заявители: Республиканское унитарное производственное предприятие
"Белмедпрепараты"; Государственное научное учреждение "Институт
общей и неорганической химии
Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Трухачева Татьяна Викторовна; Лесникович Лариса Александровна; Кулак Анатолий Иосифович;
Крутько Валентина Константиновна;
Трофимова Ирина Валериановна;
Атрахимович Наталья Ивановна; Головчик Ирина Аркадьевна; Коваленко Юрий Дмитриевич; Кочубинская
Алла Александровна (BY)
(73) Патентообладатели: Республиканское унитарное производственное
предприятие "Белмедпрепараты";
Государственное научное учреждение "Институт общей и неорганической химии Национальной академии
наук Беларуси" (BY)
(56) RU 2077329 C1, 1997.
BY 8281 C1, 2006.
RU 2088240 C1, 1997.
RU 2115437 C1, 1998.
RU 2236268 C1, 2004.
КРУТЬКО В.К. Синтез и физикохимические свойства нанокристаллического гидроксиапатита и композиционных материалов на его основе:
Автореферат диссертации. - Минск,
2006. - С.4, 8-12, 16.
ПЕТРОВ П.Т. и др. Материалы Седьмого съезда фармацевтов Республики
Беларусь "Фармация XXI века". - Витебск, 2004. - C. 289-291.
КОЧУБИНСКАЯ А.А. Организация,
профилактика и новые технологии в
стоматологии: Материалы V съезда стоматологов Беларуси. - Брест, 2004. C. 386-387.
ТРУХАЧЕВА Т.В. и др. IX Российский национальный конгресс "Человек
и лекарство": Тезисы докладов. Москва, 2002. - C.710.
(57)
Средство для стимуляции роста костной ткани, содержащее синтетический гидроксиапатит, отличающееся тем, что содержит гидроксиапатит в виде водного геля со сферическими наночастицами размером 6-16 нм, причем концентрация сухого вещества
составляет 6-18 мас. %, pH 5,8-7,5.
Изобретение относится к медицине, а именно к восстановительной костнореконструктивной хирургии, травматологии, ортопедии, стоматологии, и может быть использовано в качестве средства для заполнения дефектов костной ткани, стимуляции репаративного остеогенеза и ускорения процессов последующего формирования новой
костной ткани.
Известен препарат для активизации репаративного остеогенеза [1], получаемый следующим способом: из животного сырья путем щелочно-солевой обработки получают рас-
BY 13684 C1 2010.10.30
твор высокоочищенного коллагена, затем в него вводят формальдегид, заранее приготовленную водную дисперсию гидроксиапатита, перемешивают и добавляют водный раствор
хлоргексидина биглюконата. Предлагаемая композиция в виде сухого пористого материала мягко-эластичной консистенции применяется местно путем тампонады дефекта кости.
Одним из недостатков данного препарата является то, что изготовление смеси, состоящей
из четырех компонентов, делает ее получение технологически сложным, так как процесс
синтеза включает шесть основных стадий и требует специального оборудования. Кроме
того, компоненты данной смеси являются токсичными по отношению к живому организму, присутствие формальдегида способствует не только подавлению патогенной микрофлоры, но и полезной; ксеногенный коллаген может вызывать аллергические реакции.
Известный препарат не удобен при введении в костный дефект, так как при его имплантации необходимо вскрывать место дефекта.
Также известен имплантационный материал на основе двухкомпонентной системы геля коллагена и гидроксиапатита [2]. Синтез гидроксиапатита осуществляется в геле коллагена путем введения кислоты и раствора, содержащего ионы фосфора (V) и кальция с
повышением величины pH до 8-12. Недостатком материала является то, что в результате
такого синтеза формируется нестехиометрический гидроксиапатит либо смесь фосфатов
кальция, так как соотношение Ca/P находится в пределах от 1,6 до 2,7; при неполном удалении щелочи данный материал может обладать раздражающим действием и вызывать
воспалительные процессы в костной ране, что не соответствует требованиям гемолитического теста; данный материал после высушивания сохраняет заданную форму и по механическим свойствам близок к керамике, за счет чего медленно резорбируется в тканевой
среде, и вследствие чего замедляются процессы репаративного остеогенеза.
Наиболее близким к описываемому изобретению является средство для стимуляции
роста костной ткани на основе водной пасты гидроксиапатита концентрацией 1836 мас. % с размером микрочастиц 0,015-0,06 мкм [3]. Для получения такой пасты суспензию гидроксиапатита уплотняют в центрифуге в течение 20-30 мин, прогревают на водяной бане в течение 3 ч и оставляют на 10-12 ч для охлаждения и седиментации. Известное
средство после кипячения теряет кристаллогидратную воду, вследствие чего нарушается
коллоидная структура исходного геля гидроксиапатита, что приводит к укрупнению его
частиц и снижению биоактивности. Кроме того, для имплантации такого средства также
необходимо вскрывать место дефекта.
Задача, решаемая данным изобретением - устранение недостатков прототипа и разработка средства для стимуляции роста новой костной ткани на основе синтетического гидроксиапатита в виде водного геля концентрацией 6-18 мас. % с размером сферических
наночастиц 6-16 нм. Наночастицы геля гидроксиапатита обеспечивают высокую биологическую и фармакологическую активность препарата по сравнению с прототипом, у которого размер частиц составляет 0,015-0,06 мкм либо 15-60 нм. Причем средство в виде геля
состоит из воды и наночастиц гидроксиапатита, окруженных гидратными оболочками, в
отличие от пасты, которая представляет собой мягкое средство для местного применения
и содержит значительное количество твердых веществ, более 25 мас. %, диспергированных в основе (Государственная фармакопея РБ, с. 632). Поставленная задача изобретения
достигается тем, что гель гидроксиапатита со сферическими наночастицами получали при
взаимодействии водных растворов хлорида кальция и дигидрофосфата аммония при строгом соотношении Ca/P 1,67 в присутствии концентрированного раствора аммиака [4], который отмывали дистиллированной водой до величины pH 5,8-7,5 согласно требованиям
гемолитического теста. Синтетическая неорганическая среда геля гидроксиапатита при
его введении способствует подавлению роста микроорганизмов в костной ране и исключает аллергические реакции.
При оценке реакционной способности гидроксиапатита в виде геля, пасты, порошка
установлено, что после термообработки при 100-800 °С и выше, в том числе и после кипя2
BY 13684 C1 2010.10.30
чения, происходит увеличение размера частиц от 6-10 нм до 90-100 нм, уменьшение
удельной поверхности от 180-200 м2/г до 14-25 м2/г и повышение насыпной плотности от
0,4 г/см2 до 0,7 г/см2. Следовательно, термообработка приводит к существенному снижению биологической активности препарата. Без термической обработки в модельных буферных средах гидроксиапатит обладает наибольшей скоростью растворения.
Установлено, что гель гидроксиапатита имеет не полностью сформированную кристаллическую решетку с подвижными межатомными связями и систему водородных связей, в
которой кристаллогидратная вода и OH--группы подвижны, в результате чего легче происходит диффузия ионов кальция и фосфора в биологическую среду. Такие свойства геля
гидроксиапатита обусловливают его наиболее высокую биологическую активность в отличие от пасты и порошка.
В отличие от прототипа, предлагаемое средство представляет собой наиболее биологически активную форму нанокристаллического гидроксиапатита - гель без органических
добавок и специфической примеси трикальцийфосфата, которая может образовываться в
процессе синтеза гидроксиапатита. Кроме того, в процессе получения средства в виде геля
отсутствует стадия кипячения осадка гидроксиапатита на водяной бане с последующим
охлаждением и седиментацией. В результате этого у прототипа образуется кристаллический гидроксиапатит, который менее биоактивен, так как по свойствам близок к термообработанному гидроксиапатиту.
Сопоставление с характеристиками зарубежных образцов показало, что содержание
основного вещества в синтезированном нами гидроксиапатите является наиболее высоким, а концентрация токсичных элементов (мышьяк, свинец, ртуть, хром, кадмий) несколько ниже по сравнению с зарубежными образцами и не превышает предельно
допустимые значения.
Подлинность данного средства определяется рентгенофазовым анализом (соответственно данным ASTM 1185-88 V. 9-432) и качественным анализом на кальций и фосфатионы. Гель гидроксиапатита упаковывается в шприцы инъекционные в двойном полиэтиленовом пакете и стерилизуется гамма-облучением 2,5 Мрад. Масса содержимого шприца
составляет 1,0 г; 2,0 г; 5,0 г; 10,0 г. Гель гидроксиапатита в шприце стабилен в течение более 2 лет и не застывает при его использовании, в отличие от препаратов, содержащих
коллаген. Комплектность, маркировка и упаковка соответствуют ТУ на гель гидроксиапатита, как изделие медицинского назначения [5].
Средство вводится шприцем (остеоинъекция) не только непосредственно в костный
дефект, но и чрескожно (без вскрытия дефекта), а для имплантирования известных препаратов в любом случае необходимо вскрывать дефект. Заполнение дефекта гелем гидроксиапатита контролируется рентгенологически.
Пример 1
Гидроксиапатит получают в процессе взаимодействия водных растворов хлорида
кальция CaCl2⋅6H2O (ос.ч. и фарм.) либо CaCl2⋅2H2O (х.ч.) концентрацией 0,08-0,63 моль/л
и двузамещенного фосфата аммония (NH4)2HPO4 (ч.д.а.) концентрацией 0,06-0,23 моль/л в
сильнощелочной среде, которая создавалась концентрированным раствором аммиака
(ос.ч.) при величине pH 10-11 [4]. Синтез ведут при строгом соблюдении стехиометрического соотношения Ca/P равном 1,67 и многократном избытке аммиака. Для установления
равновесия и завершения процессов формирования гидроксиапатита реакционную смесь
выдерживают 7-14 суток под маточным раствором при комнатной температуре и периодическом перемешивании.
Данные условия синтеза позволяют получать осадок гидроксиапатита со сферическими наночастицами размером от 6 не более 16 нм (сферическая форма частиц была идентифицирована с помощью сканирующего электронного микроскопа Hitachi S-806). Далее
осадок промывают дистиллированной водой до величины pH 5,8-7,5 согласно требованиям гемолитического теста, который заключается в том, что суточная вытяжка из 10 % рас3
BY 13684 C1 2010.10.30
твора при 37 °С не должна превышать значение pH 7,5. Такие характеристики, как размер
частиц и величина pH, определяются условиями синтеза.
Конечный продукт, гель гидроксиапатита с концентрацией сухого вещества 618 мас. % получают центрифугированием при скорости вращения 1000-4000 об/мин в течение 15-40 мин.
Пример 2
Гидроксиапатит получают по методике, описанной в примере 1. Конечный продукт,
гель гидроксиапатита с концентрацией сухого вещества 6-7 мас. % получают центрифугированием при скорости вращения 1000-1500 об/мин в течение 15 мин. Данный режим является достаточным для получения средства, предназначенного для стимуляции роста
костной ткани.
Пример 3
Гидроксиапатит получают по методике, описанной в примере 1. Конечный продукт,
гель гидроксиапатита с концентрацией сухого вещества 12 мас. % получают центрифугированием при скорости вращения 4000 об/мин в течение 20 мин. Данный режим является
наиболее оптимальным для получения средства, предназначенного для стимуляции роста
костной ткани.
Пример 4
Гидроксиапатит получают по методике, описанной в примере 1. Конечный продукт,
гель гидроксиапатита с концентрацией сухого вещества 18 мас. % получают центрифугированием при скорости вращения 4000 об/мин в течение 40 мин. Данный режим является
достаточным для получения средства, предназначенного для стимуляции роста костной
ткани.
На стадии доклинических испытаний изучена специфическая активность средств на
основе гидроксиапатита в форме геля и порошка на наличие стимулирующего воздействия их на процесс репаративной остеорегенерации в костной ране. Методом остеостинтиграфии с помощью образующегося комплекса медронат-гидроксиапатит, меченого
изотопом технеция 99mTe, было установлено, что стимулирующее воздействие средства
реализуется в первые четыре недели ускоренными темпами с последующим формированием структурно и функционально полноценного регенерата, а у животных контрольной
группы аналогичная степень зрелости костного регенерата определяется на 2-4 недели
позже.
При использовании гелевой формы средства у животных интегральный показатель
заживления костной раны на 28 сутки после операции был практически таким же, как у
крыс контрольной группы без средства на 56 сутки опыта. В целом, по степени выраженности специфического действия, испытанные средства можно разделить на две группы:
наиболее выраженная эффективность наблюдалась при заполнении костной раны средством гель гидроксиапатита, а менее выраженный эффект наблюдался при заполнении
костной раны порошком гидроксиапатита.
Результаты макроскопического исследования срезов костной ткани в зоне экспериментального дефекта большеберцовой кости лапы крыс, контрольных групп и крыс, у которых дефект заполнялся гелем и порошком гидроксиапатита, стерилизованных γоблучением 2,5 Мрад, свидетельствуют о следующем:
1) на 28 сутки после операции процесс образования костного регенерата в зоне дефекта с гелем гидроксиапатита достиг стадии формирования остеогенного матрикса,
грубобалочных структур с компонентами костного мозга и заметно опережал темпы
остеорепарации не только в контрольных группах, но и в зоне дефекта с порошком гидроксиапатита (табл.);
2) на 56 сутки после операции процесс остеорегенерации у крыс, с введенным гелем
гидроксиапатита, достиг стадии формирования пластинчатой кости с обычной гистологической и "функциональной" структурой, в то время как у крыс контрольных групп и групп
4
BY 13684 C1 2010.10.30
с введенным порошком гидроксиапатита, новообразованная костная ткань представлена
пластинчатой костью с неупорядоченной гистологической структурой (табл. ).
Морфологическая оценка формирования костного регенерата
Морфологические признаки зрелости костного
Контроль без
Гель ГА
Порошок ГА
регенерата
ГА
Пластинчатая кость обычной гистологической
*
и "функциональной" структуры
Пластинчатая кость с неупорядоченной гисто*
*
логической структурой
Грубобалочные структуры с компонентами
+
костного мозга
Клеточно-волокнистая ткань с выраженной ок+
+
сифилией (остеогенный матрикс)
Клеточно-волокнистая ткань с фрагментами
+
повышенной оксифилии
Клеточно-волокнистая ткань с тонкостенными
+
+
полостями (сосуды)
Малоклеточная соединительная ткань
+
ГА - гидроксиапатит;
Гель ГА - влажность 84-90 % pH 6,8-7,4;
Порошок ГА - высушен при 60 °С до постоянной массы;
+ - на 28 сутки после операции;
* - на 56 сутки после операции.
Детальное сравнение специфической эффективности гелевой и порошковой форм гидроксиапатита позволяет предположить, что паста занимает промежуточное положение,
так как для прототипа не представлены данные по количественным показателям и срокам
заживления при его введении в костную рану.
Клинические испытания эффективности и безопасности средства в виде геля гидроксиапатита при лечении больных с травматическими повреждениями длинных трубчатых
(ортопедия) и челюстных (стоматология) костей проводились на 5 клинических базах Республики Беларусь. Пациенты с травматическими повреждениями костей составляли 136
больных опытной группы с введенным гелем гидроксиапатита и 126 больных контрольной группы без применения геля гидроксиапатита с такими же травмами опорнодвигательного аппарата.
Гель гидроксиапатита был произведен на РУП "Белмедпрепараты" г. Минска и представлял собой гель белого цвета, без запаха, влажностью 84-90 %, pH 5,8-7,4, упакован в
одноразовых шприцах по 1,2; 2,0; 5,0; 10,0 г, стерилен, срок годности 2 года при комнатной температуре (согласно ТУ РБ) [5].
У больных с травматическими повреждениями длинных трубчатых костей гель гидроксиапатита вводили с помощью шприца в объеме, равном межотломковому пространству: 1) при закрытых переломах - непосредственно в костную рану, однократно, для
покрытия плоскости излома; 2) при осложненном (открытом) переломе - непосредственно
в костную рану; 3) при осложненном (открытом с дефектом) переломе - через 2-3 недели
при отсутствии осложнения, чрескожно; 4) при замедленной консолидации перелома, несросшимся переломом или ложным суставом: а) во время открытого остеосинтеза - непосредственно в костную рану, б) во время закрытого остеосинтеза - чрескожно, под
контролем рентгеноскопии.
У пациентов стоматологического профиля средство гель гидроксиапатита вводилось
непосредственно в костный дефект с помощью шприца в объеме, восполняющем поверх5
BY 13684 C1 2010.10.30
ность костного дефекта после: 1) удаления из него патологически измененных тканей;
2) травматической экстракции зуба; 3) формирования костного ложа под дентальный имплантат.
Объем вводимого средства при лечении составлял от 0,5 до 23,3 мл.
По результатам клинических испытаний установлено, что переносимость и безопасность средства оценены как удовлетворительные. Наиболее эффективно действие средства у больных с нарушениями процессов остеорегенерации (замедленная консолидация,
несрастающийся перелом, ложный сустав). В случае нарушения консолидации перелома
(локализация - голень) имеет место сокращения сроков консолидации перелома по сравнению с контрольной группой (опытная группа - через 20,7 нед., контрольная группа - через 23,0 нед.). В опытной группе у больных с переломами предплечья и голени раньше
(через 13,0±1,5 нед.) выявились признаки регенерации, чем в контрольной (через
17,8±2,6 нед.). Отмечено уменьшение длительности лечения у пациентов с ложным суставом большой берцовой кости опытной группы (через 8,4±0,7 мес.) по сравнению с контрольной (через 15,3±3,5 мес.). Установлено уменьшение длительности лечения у
пациентов основной группы с замедленным сращением большой берцовой кости (через
7,2±0,6 мес.) по сравнению с пациентами контрольной группы (через 13,5±2,7 мес.).
Процессы остеорегенерации и остеоинтеграции в 1,3-2,2 раза ускоряются при ведении
средства гель гидроксиапатита у больных стоматологического профиля. В частности,
наличие данных признаков отмечено у пациентов: 1) с установкой дентальных имплантатов
- через 4,4±0,2 нед., а в контрольной - через 5,8±0,2 нед.; 2) с кистами челюстей воспалительного характера - через 3,7±0,3 нед., а в контрольной - через 7,2±0,2 нед.; 3) с костными дефектами травматического и воспалительного характера - через 3,9±0,1 нед., а в
контрольной - через 8,6±0,6 нед.
Кроме того, гель гидроксиапатита может использоваться для нанесения биоактивных
покрытий на офтальмологические имплантаты [6]. Для этого в гель гидроксиапатита погружается пористая керамическая матрица в форме шарика, центрифугируется, извлекается имплантат, удаляется избыток геля с его поверхности и высушивается до постоянной
массы. Количество гидроксиапатита от общей массы имплантата составляет 15 мас. %,
что является оптимальным для стимуляции остеогенеза и прорастания тканей организма
внутрь имплантата.
Полученное средство обладает рядом преимуществ по сравнению с прототипом и следующими функциональными свойствами:
1) гель гидроксиапатита благодаря малому размеру частиц и наличию большого количества воды обладает высоким сродством к биологическим жидкостям, тканям организма
и высокой биоактивностью, в отличие от твердых форм (порошок, гранулы, керамика);
2) резорбция геля гидроксиапатита в организме происходит за счет высвобождения
ионов кальция и фосфат-ионов и их участия в обменных процессах с последующим формированием костной ткани;
3) гель гидроксиапатита при помощи шприца вводится не только непосредственно в
костную рану, заполняет ее и прорастает в биологическую ткань (может вводиться чрескожно);
4) гель гидроксиапатита позволяет значительно сократить период лечения, так как уже
через 5-6 месяцев полностью замещает недостающий участок;
5) гель гидроксиапатита эффективен в лечении трещин, плохо срастающихся, закрытых и открытых переломов в хирургии, осложненных переломов челюстной кости в стоматологии.
Средство гель гидроксиапатита открывает новые возможности в медицине, в отличие
от твердых форм, так как применяется для лечения осложненных переломов, исправления
челюстно-лицевых дефектов и эффективен для замещения сильно поврежденных при
травмах участков, коррекции врожденных дефектов, а также в некоторых других случаях.
6
BY 13684 C1 2010.10.30
В традиционной практике замещаемый участок кости необходимо вырезать точно под
размер и форму полости, но такой метод подходит не для всех видов переломов, а гель
гидроксиапатита при помощи шприца вводится чрескожно в костную рану, заполняет ее
и, прорастая в биологическую ткань, уже через 5-6 месяцев полностью замещает недостающий участок. Клинические испытания средства и результаты апробации свидетельствуют о том, что гель гидроксиапатита эффективен в лечении трещин, плохо
срастающихся, закрытых и открытых переломов в хирургии, осложненных переломов челюстной кости в стоматологии. Кроме того, средство позволяет значительно сократить
период лечения. В настоящее время средство гель гидроксиапатита серийно выпускается
на заводе РУП "Белмедпрепараты".
Источники информации:
1. RU 2088240 C1, 1997 (аналог).
2. RU 2115437 С1, 1998 (аналог).
3. RU 2077329 C1, 1997 (прототип).
4. BY 2302 C1, 1998.
5. ТУ BY 100049731.090-2006.
6. BY 8281 C1, 2006.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
114 Кб
Теги
by13684, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа