(57) Реферат / Формула:
1. Органическое покрытие для титановых имплантатов, содержащее полисахариды натрия альгинат и кальция альгинат, экстракт коры дуба густой и экстракты крапивы, тысячелистника и зверобоя жидкие в следующем соотношении, мас.%: натрия альгинат - 30-35; кальция альгинат - 25-30; экстракт коры дуба густой - 10-15; экстракт крапивы жидкий - 8-10; экстракт тысячелистника жидкий - 8-10; экстракт зверобоя жидкий - 8-10.
Евразийское 025598 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.01.30
(21) Номер заявки 201500036
(22) Дата подачи заявки
2015.01.22
(51) Int. Cl.
A61L 27/54 (2006.01) A61K36/28 (2006.01) A61K36/38 (2006.01) A61K36/49 (2006.01) A61L 27/06 (2006.01)
(54) АКТИВНОЕ ОРГАНИЧЕСКОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ НА ТИТАНОВЫЕ ИМПЛАНТАТЫ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
(43) 2016.07.29
(96) 2015000013 (RU) 2015.01.22
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "АЛЬФА БИОТЕХ" (RU)
(72) Изобретатель:
Ясинов Михаил Григорьевич, Сидько Валерия Вячеславна, Киселев Сергей Александрович (RU)
(74) Представитель:
Пустовалова М.Л. (RU)
(56) EA-A1-200701423 RU-C1-2314787 RU-C2-2194536
ПОПОВ В.П. и др. Использование биоактивных и биоинертных имплантатов при лечении переломов. Фундаментальные исследования, №8, 2012, с. 135-139
(57) Изобретение относится к области медицины, а именно к стоматологии, и может быть использовано в качестве покрытия стоматологических имплантатов. Органическое покрытие для титановых имплантатов содержит в качестве основы полисахариды натрия альгинат, кальция альгинат, а в качестве противовоспалительного и антибактериального компонентов - экстракт коры дуба густой и экстракты крапивы, тысячелистника и зверобоя жидкие в следующем соотношении (мас.%): натрия альгинат - 30-35; кальция альгинат - 25-30; экстракт коры дуба густой - 10-15; экстракт крапивы жидкий - 8-10; экстракт тысячелистника жидкий - 8-10; экстракт зверобоя жидкий - 8-10. Предлагаемый материал позволяет сократить сроки и повысить степень приживления имплантата за счет стимуляции пролиферативной активности остеобластов и, соответственно, активации процессов репаративного остеогенеза, а также подавления активности патогенных микроорганизмов в месте введения имплантата.
Изобретение относится к области медицины, а именно к стоматологии, и может быть использовано в качестве покрытия стоматологических имплантатов.
Уровень техники
На сегодняшний день широко распространены имплантаты из титана и его сплавов.
Одним из способов повышения прочности соединения костной ткани с имплантатом является нанесение на него покрытий, состоящих из родственных организму материалов. Для придания имплантатам биоактивных свойств они должны содержат на своей поверхности покрытия, способствующие остеоин-теграции и эффективному функционированию имплантатов. Известны средства, содержащие как основные компоненты костной ткани, так и биоактивные субстанции. К последним относятся факторы роста, костные морфогенетические белки и протеины и другие компоненты костного матрикса. Биоактивным субстанциям отводят роль активаторов и регуляторов физиологической регенерации тканей.
Из уровня техники известно, что в силу сходства химического состава соединения на основе фосфатов кальция находят широкое применение при создании покрытий для имплантатов (RU 2291918, C25D11/26, A61F2/02., опубл. 20.01.2007). В частности, физические, химические и биологические свойства гидроксиапатита, Ca10(PO4)6(OH)2, обеспечивают его высокую биосовместимость и способность активно стимулировать остеогенез и восстановливать костную ткань (RU 2472532, A61L27/30, A61K6/04, A61L27/32, опубл. 20.01.2013). Однако известные средства не всегда обеспечивают оптимальные условия течения регенеративных процессов и остеоинтеграции.
Раскрытие изобретения
Задачей (техническим результатом) настоящего изобретения является создание биокомпозиционного материала (многослойного покрытия) для нанесения на титановый имплантат, обеспечивающего условия для оптимального течения регенеративных процессов и остеоинтеграции, и предотвращающего аккумулирование и персистирование патогенной микрофлоры.
Указанный технический результат достигается путем создания материала для нанесения на титановый имплантат, содержащего биологические составляющие, такие как соли альгината кальция, альгината натрия и растительные экстракты, позволяющие стимулировать рост остеобластов и способствовать интеграции имплантата с костью, за счет формирования оптимальной среды для остеогенных клеток - остеобластов, стимулируя процесс костного ремоделирования. Данный эффект достигается за счет способности материала сорбировать белки, индуцирующие остеогенез - костные морфогенетические протеины, осуществляющие остеоиндуктивную и остеокондуктивную функции. Активные компоненты растительных экстрактов коры дуба, тысячелистника, крапивы и зверобоя, входящие в состав материала, воздействуют на бактерии и вирусы, предотвращая воспалительные процессы в ране (месте вживления импланта-та).
Подробное описание изобретения
Предлагаемый материал для нанесения на стоматологический имплантат в качестве основы содержит полисахариды натрия альгинат и кальция альгинат, стимулирующие остеогенез, а в качестве противовоспалительных и антибактериальных компонентов - экстракт коры дуба густой, экстракты крапивы, тысячелистника и зверобоя жидкие в следующем соотношении (мас.%):
натрия альгинат - 30-35;
кальция альгинат - 25-30;
экстракт коры дуба густой - 10-15;
экстракт крапивы жидкий- 8-10;
экстракт тысячелистника жидкий - 8-10;
экстракт зверобоя жидкий - 8 -10.
Альгинаты стимулируют фагоцитоз, стимуляция фагоцитарной защиты обеспечивает антимикробную, противогрибковую и противовирусную активность.
Приготовление предлагаемого материала включает следующие этапы: готовят смесь экстрактов коры дуба, крапивы, тысячелистника, зверобоя в установках реакторного типа с рубашкой, якорной мешалкой при температуре 40°C в течении 1 ч до создания равномерной суспензии. Смесь высушивают при температуре 80°C в вакуумных установках до относительной влажности не более 5%. В качестве основы материал содержит биополимеры, которые является солями альгиновой кислоты, полисахаридом бурых морских водорослей. Гидрогели являются гидрофильными поперечно-сшитыми полимерами, которые способны набухать в воде и формировать нерастворимую объемную сеть. Нерастворимое строение и объемная структура являются результатом поперечных сшивок полимеров. Сеть остается в равновесии с водным окружением, при этом наблюдается баланс эластичных сил поперечно-сшитых полимеров с осмотическими силами раствора. Химический состав и молекулярный вес определяют плотность поперечных сшивок, которая, в свою очередь, влияет на набухание и величину пор геля. Кроме того, именно перекрестные сшивки определяют характеристики гидрогелей как твердого вещества, а не раствора, определяя эластичный ответ на натяжение. В реакции, происходящей при комнатной температуре и физиологическом значении pH, ионы кальция взаимодействуют с альгинатом и формируют ионные мостики между цепочками полимеров. На процесс формирования структуры материала влияют: температура, давление, pH раствора, состав электролитов, состав растворителя, условия электролиза и электромагнитные
воздействия. Известно, что все поверхности твердых тел, в нашем случае твердого гидрогеля, энергетически неоднородны, т.е. они состоят из участков, которые отличаются по силе, с которой они могут взаимодействовать с молекулами. При адсорбции самыми сильными являются участки поверхности, заполняющиеся в первую очередь; более слабые участки поверхности заполняются только после насыщения более сильных (энергетически). Когда взаимодействие между поверхностью и адсорбатом относительно слабо (даже в самых сильных участках), имеет место только физическая адсорбция. Физически адсорбированные молекулы имеют тенденцию формировать поверхностный слой (монослой), который может взаимодействовать далее, хотя и более слабо, с дополнительными молекулами адсорбата, для формирования слоев более высокого уровня. С другой стороны, хемосорбция имеет место, когда поверхность содержит участки, настолько энергетически сильные, что они могут сформировать химические соединения с молекулами адсорбата.
Всё это позволяет сформировать объёмную структуру матрикса, имеющего внутренние микрополости и поры различного размера, включая наноразмеры, и создать оптимальную поверхность для сорбции "активных" наноцастиц, определяющих его специфические свойства.
Предлагаемый материал создает условия для оптимального течения регенеративных процессов, предотвращает аккумулирование и персистирование патогенной микрофлоры. Материал обладает остео-идуктивными свойствами, то есть направленно стимулирует остеобласты и, возможно, другие мезенхи-мальные клетки к формированию кости. В ходе экспериментов было установлено, что добавление материала к нормальной плазме крови приводит к очень быстрому образованию протеиновой сетчатой структуры. Формирование протеиновой сетчатой структуры обеспечивает создание координационных центров агрегации тромбоцитов и эритроцитов. Структура материала делает возможной абсорбцию крови немедленно после установки имплантата, непосредственно в ее микропорах.
Благодаря структурной и биологической схожести, остеобласты определяют материал как аутогенную структуру и не проявляют реакции отторжения инородного тела. Материал, наносимый на поверхность имплантата, способен сорбировать белки, которые индуцируют остеогенез. В результате образуются сложные соединения - протеогликаны.
Все эти свойства материала обеспечивают гарантированное приживление имплантата в оптимально кроткие сроки.
Пример 1. Получение материала состава:
натрия альгинат 1,750 г
кальция альгинат 1,750 г
коры дуба экстракт 0,375 г
крапивы экстракт 0,375 г
тысячелистника экстракт 0,375 г
зверобоя экстракт 0,375 г
Сухие альгинаты кальция и натрия в равных количествах перемешивают, приливая водно-спиртовую 40% смесь до полного смачивания. Процесс сушки полуфабриката (смешанные в равных пропорциях альгинаты кальция и натрия) проходит в вакуумном ротационном испарителе при 110°C в течении 2-х ч. Смесь экстрактов коры дуба, крапивы, тысячелистника, зверобоя готовят в эмалированных реакторах с рубашкой, якорной мешалкой при температуре 40°C в течении 1 ч до создания равномерной смеси. Далее полуфабрикат высушивают при температуре 80°C в вакуумных установках роторного типа до относительной влажности не более 5%. В полуфабрикат (смешанные в равных пропорциях альгинаты кальция и натрия) приливают смесь экстрактов в пропорции 1/3, сушат в установках роторного типа при температуре 40°C. Полученный материал фасуют в герметичную тару, стерилизуют в установках гамма излучения.
Пример 2. Исследование бактерицидности (антибактериальной активности).
Методика проведения исследования.
Для жидких питательных сред: стерильный исследуемый материал в количестве 2,5 г помещают в плоскодонную колбу объемом 50 мл, стерильной серологической пипеткой на 25 мл вносят в колбу 15 мл питательной среды, соответствующей типу тестируемой бактериальной культуры, ставят на магнитную мешалку и перемешивают в течение 5 мин. Затем стерильной серологической пипеткой производят забор и перенос содержимого колбы на стерильную чашку Петри.
Полученную взвесь подсушивают в чашке Петри и помещают в инкубатор.
Для готовых питательных сухих сред в чашках Петри: стерильный исследуемый материал в количестве 2,5 г помещают в плоскодонную колбу объемом 50 мл, стерильной серологической пипеткой объемом 25 мл вносят в колбу 15 мл дистиллированной воды, ставят на магнитную мешалку и перемешивают в течение 10 мин, снимают и переносят на подготовленную питательную среду, инкубируют.
После инкубации оценивают результаты микроскопированием по критериям: "обладает выраженной бактерицидной активностью", "обладает слабовыраженной бактерицидной активностью", "не обладает бактерицидной активностью".
Для этих культур исследование проводились в бескислородных условиях: в анаэростате с газовой средой, содержащей азот 80%, водород 10% и углекислый газ 10%.
Результат проведения исследования: исследуемый материал обладает выраженной бактерицидной активностью в отношении данных культур микроорганизмов.
Пример 3. Специфическая активность материала.
Контроль качества материала проводился по параметру специфической (гемостатической) активности препарата в 2-х сериях.
0,01 г исследуемого материала помещают в пробирку, добавляют 0,4 мл контрольной плазмы (с нормальным уровнем системы гемостаза, предназначенной для определения тромбинового времени -лиофильно высушенной пулированной донорской), приготовленной в соответствии с инструкцией производителя, и ставят точно на 5 мин на водяную баню при температуре 37°C. По истечении времени прогрева плазмы туда же добавляют 0,4 мл 0,05 %-го рабочего раствора тромбина (приготовленного по инструкции производителя и не прогретого при температуре 37°C) и быстро включают секундомер.
При равномерном перемешивании раствора пластиковой микробиологической петлей момент образования сгустка фиксируется остановкой секундомера.
В контроле время образования сгустка регистрируется при смешивании плазмы в тех же условиях с раствором тромбина. Уменьшение времени свертывания плазмы в опыте по сравнению с контролем определяют гемостатическую активность материала активного покрытия.
Согласно проведенным исследованиям, материал покрытия уменьшает время свертывания плазмы не менее чем на 20% по сравнению с контролем.
Результаты исследований приведены в табл. 2.
Таблица 2. Оценка специфической активности материала
Параметры
Номер серии
Гемостатическая активность в %
№ 1
35.50
34.72
Первая серия
35.35
33.85
34.67
34.32
34.30
34.02
Вторая серия
34.61
33.05
34.00
33 54
Пример 4. Токсикологические исследования и определение гемолитических свойств материала.
Для проведения токсикологических исследований материал готовили в стерильном физиологическом растворе в соотношении 1 г материала к 100 мл физиологического раствора. Длительность экспозиции составила 3 суток.
В токсикологическом эксперименте препарат вводили внутрибрюшинно (1) и внутрижелудочно (2) по 1 мл в течение 5 дней. Контрольным животным вводили физиологический раствор в аналогичных условиях.
Исследования были проведены в соответствии с документами:
ГОСТ Р ИСО 10993-2009 "Оценка биологического действия медицинских изделий": 4.2. Требования к обращению с животными;
Стандарты серии ГОСТ ISO 10993-2011 "Оценка биологического действия медицинских изделий": 4.1. Оценка и исследования; 4.4. Исследование изделий, взаимодействующих с кровью; 4.9. Основные принципы идентификации и количественного определения потенциальных продуктов деградации; 4.10. Исследование раздражающего и сенсибилизирующего действия; 4.11. Исследование общетоксического действия; 4.12. Приготовление проб и контрольные образцы;
ГОСТ Р 52770-2007 "Изделия медицинские. Требования безопасности. Методы санитарно-химических и токсикологических испытаний".
ГОСТ Р 51148-98 "Изделия медицинские. Требования к образцам и документации, представляемым на токсикологические, санитарно-химические испытания, испытания на стерильность и пирогенность".
Проверяемые характеристики и используемые средства испытаний: а) Токсикологические
- Общая токсичность при в/брюшинном
введении вытяжки (1) Белые мыши
-клинические симптомы интоксикации: (есть-
нет) Весы электронные модели ВСТ
-смертность (есть-нет) 1,2к/0,02 -изменение морфоструктуры внутренних органов
(есть-нет) Шприцы объемом 1; 2 мл
-весовые коэффициенты внутренних органов
(наличие достоверных изменений): (есть-нет) Стеклянные шпатели
Общая токсичность при в/желудочном
введении вытяжки (2) Лупа, пинцеты анатомические
клинические симптомы интоксикации: (есть-нет)
-смертность (есть-нет)
изменение морфоструктуры внутренних
органов
(есть-нет)
-весовые коэффициенты внутренних органов
(наличие достоверных изменений): (есть-нет) Кролики
Центрифуга 1,5-2,5 тыс. об/мин Фотометр Стат Факс 1904 Плюс Весы электронные ВСЛ-200/0,1 А Посуда мерная лабораторная Химические реактивы
б) Гемолитическое действие
Токсикологические исследования показали:
1. Согласно принятой классификации токсичности веществ, материал можно отнести к VI классу "Относительно безвредные вещества".
2. В результате проведенных исследований установлено, что материал в условиях пятикратного подкожного введения кроликам обладает слабым общерезорбтивным действием.
3. Материал не токсичен, не оказывает гемолитического действия в опытах "in vitro" с эритроцитами кроликов.
Пример 5. Исследование водопоглощения материала.
Чтобы достичь наилучших показателей по гидрофильности поверхности имплантата, необходимо, чтобы материал обладал максимальной способностью поглощения выделяемых жидкостей при проведении операционного вмешательства.
Методика поглощения послеоперационных выделяемых жидкостей состоит в следующем.
Методика разработана на тестовый параметр WB - водопоглощения в % и пересчитывается для выделяемых из раны жидкостей исходя из их коэффициентов плотности:
WB = m1\m2xP1\P2x100,
где m1 - масса поглощенной жидкости;
m2 - масса сухого вещества;
P1 - плотность воды при 20°C;
P2 - плотность жидкости.
Исследование.
Влажность определяют на образцах материала весом 5 г.
Образцы материала в количестве 10 ед. высушивают до постоянной массы, а затем взвешивают с
точностью до 0,01 г.
Взвешенный образец или пробу помещают в воду, налитую в мерный стакан, установленный в термостат, в котором поддерживают температуру 20±3°C.
Предварительно определяется время способности образца к полному (избыточному) смачиванию.
Через определенное время (для воды 1 ч) образец или пробу вынимают из мерного стакана и взвешивают с точностью до 0,01 г.
Производят расчет по формуле:
WB = m1\m2xP1\P2x100
определяют водопоглощение жидкости.
Перед испытаниями элементарные пробы, должны быть выдержаны в климатических условиях по
ГОСТ 10681 не менее 24 ч.
Отбор образцов\ проб.
Образцы\пробы отбирают по 50 г для высушивания в вакуумном ротационном испарителе или массой 5 г для высушивания в сушильном шкафу или сушильной камере.
Весы лабораторные аналитические 2-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания до
200 г.
Подготовка материала для исследования.
Образцы в количества -10 ед. взвешивают с точностью до 0,01 г.
Взвешенный образец помещают в воду, налитую в мерный стакан, установленный в термостат, в котором поддерживают температуру 20±3°C.
Время способности образца к полному (избыточному) смачиванию составляет не более 1 ч. Через 1 ч (для воды) образец вынимают из мерного стакана и взвешивают с точностью до 0,01 г. Расчет во до поглощения жидкости по формуле:
\Л/в = т1\т2хР1\Р2х100 m1 - масса поглощенной жидкости (вода) = 3,2 г (среднее значение); m2 - масса сухого вещества (материала) = 5 г; P1 - плотность воды при 20°C = 0,99823 г/см3; P2 - плотность жидкости (раствор Хартмана) = 1,01 г/см3; Коэффициент P1\P2 - 0,998\1,01 = 0,988.
Межклеточная жидкость сопоставима по составу и плотности раствору Хартмана. Поглощение материалом жидкости (по раствору Хартмана) составляет WB = 3,2\5х0,988х 100 = 63,23%
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Органическое покрытие для титановых имплантатов, содержащее полисахариды натрия альгинат и кальция альгинат, экстракт коры дуба густой и экстракты крапивы, тысячелистника и зверобоя жидкие в следующем соотношении, мас.%:
натрия альгинат - 30-35;
кальция альгинат - 25-30;
экстракт коры дуба густой - 10-15;
экстракт крапивы жидкий - 8-10;
экстракт тысячелистника жидкий - 8-10;
экстракт зверобоя жидкий - 8-10.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
025598
- 1 -
(19)
025598
- 1 -
(19)
025598
- 1 -
(19)
025598
- 1 -
(19)
025598
- 1 -
(19)
025598
- 4 -
