Тема: ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА КОМПОЗИТНОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ГИДРОКСИАПАТИТА И СОПОЛИМЕРА ЛАК ГИДА И ГЛИКОЛИДА

Биоматериалы призваны восстановить утраченные функции организма самостоятельно или в комбинации с другими материалами и конструкциями. Одним из важных направлений в этой области является разработка материалов для остеопластики (костных имплантатов), которые предназначены для замены или лечения поврежденной костной ткани.
К концу 2023 года мировой рынок костных заменителей составит 3,48 млрд. долл. США и будет иметь среднегодовой темп роста 4% в период между 2015 и 2023 годами. В Российской Федерации потребности здравоохранения в костных имплантатах достигают 200 тысяч единиц в год; при этом согласно общемировому прогнозу к 2020 г. не менее 70 млн. чел.
К причинам роста рынка костных заменителей в мире относится существенный рост в мире доли населения пожилого возраста, возрастающее число дорожно-транспортных происшествий, повышение спроса на ортопедические операции среди пожилых людей, увеличение распространенности ожирения и диабета, повышающих риск развития дегенеративного заболевания суставов, распространенность артрита, рост числа пациентов с костно-мышечными заболеваниями и нарушениями, влияющими на мышцы, кости и суставы, рост спроса на костные трансплантаты зубов, развитие биосовместимых синтетических костных трансплантатов, рост вложений ведущих компаний в НИОКР в области костных заменителей [1].
Костный трансплантат - эффективный способ лечения сложных скелетных дефектов [2]. Костные трансплантаты являются имплантируемыми материалами, которые способствуют заживлению костей, образованию костей и костной реконструкции благодаря остеокондуктивным, остеогенным и остеоиндуктивным свойствам.
В предыдущий период основная цель применения заменителей костей заключалась в том, чтобы преодолеть и уменьшить механические недостатки. Развитие исследований в области физиологии костной ткани в течение последних десятилетий привело к сдвигу парадигмы: в настоящее время все больше заменителей костей являются биоиндустрированными, когда химический состав и структура ближе к природной кости [3].
Высокая потребность в персонализированных длительных имплантатах и заменителях костей, характеризующихся биосовместимостью, биологической активностью и механическими свойствами, без иммунного отторжения с параметрами, контролируемыми на микроуровне, является «большим» вызовом в области исследований и разработок. Технологические достижения позволили обеспечить рост числа материалов для заменителей костей, которые делятся на такие виды, как ксенотрансплантаты, аллотрансплантаты и синтетические трансплантаты.
Искусственные имплантаты, попавшие в человеческий организм, вызывают иммунный ответ, что проявляется в виде воспаления и отторжения, поэтому актуальной задачей является поиск материалов, которые являются иммуннотолерантными и не вызывают отрицательных ответов иммунной системы организма [3].
Важным принципом при создании биоматериалов для имплантации является воспроизведение основных характеристик натуральной костной ткани, поскольку именно уникальное строение кости (химический состав, морфология и структура) оказывает сильное влияние на процессы регенерации. Успешная интеграция синтетического трансплантата в функционирующую костную ткань требует химической, биологической и механической совместимости. Важнейшими характеристиками такого рода материалов, помимо естественного требования биосовместимости, являются 1) способность к резорбции, которая коррелирует с растворимостью материалов в слабокислых и нейтральных средах, 2) остеокондуктивность (или остеопроводимость) - способность материала обеспечивать проходимость биологических потоков, прорастание в имплантат кровеносных сосудов (васкуляризация), адгезию и связывание остеогенных клеток; эти характеристики коррелирует с физической проницаемостью пористого тела.
Синтетические биосовместимые костные трансплантаты решают проблему отторжения, повышают нормальную скорость образования костей и являются эффективной заменой аутогенных костных трансплантатов. Синтетические трансплантаты в основном изготовлены из полимеров и/или керамики, которые могут быть биодеградируемыми (в случае изготовления из полимера молочной кислоты) или не иметь такого свойства в случае применения полиметилметакрилата.
Создание композиционного материала - имплантата костной ткани, с оптимальной скоростью растворения компонентов имплантируемого материала (резорбции) и способностью материала обеспечивать проходимость биологических потоков, прорастание в имплантат кровеносных сосудов (васкуляризация), адгезию и связывание остеогенных клеток
(остеокондуктивность (или остеопроводимость)) является актуальной задачей.
В последний период возрастает доля случаев, в которых применяются синтетические заменители костной ткани, наиболее популярные среди которых - заменители на основе фосфата кальция, например, гидроксиапатит (ГА), цементы фосфата кальция и керамика, применяемые при реконструкции больших дефектов костей.
Из-за низкой растворимости синтетического гидроксиапатита (ГА) Саз(РО4)зОН материал практически не подвергается деградации в организме, а скорость нарастания новой костной ткани на поверхности имплантата выше скорости биодеградации ГА, что зачастую приводит к образованию костных наростов (мозолей) и необходимости проведения повторной операции [4].
Вместе с тем процесс интеграции (прорастания) костной ткани в такой имплантат затруднен. Связано это с крайне низкой растворимостью (биорезорбируемостью) ГА в растворных средах организма. Улучшение резорбционных свойств наблюдаются при введении полимерной матрицы.
Рассматриваемый в настоящей работе заменитель кости - биокомпозитный материал на основе гидроксиапатита и полимера молочной кислоты (полилактида) является синтетическим трансплантатом, альтернативным аутотрансплантатам (тканевым трансплантатам, берущимся из одной части тела и пересаживаемых в другую часть тела у одного и того же человека).
Синтезируемый гидроксиапатит представляет собой синтетические минеральные соли и получается путем спекания при высоких температурах, исключения водяного пара, формования при прессовании под высоким давлением. Такой биоабсорбируемый материал с превосходной остеопроводимостью апробирован в рамках широкой мировой практики клинических исследований. А введение полимерной матрицы на основе полилактида позволяет обеспечить высокую биосовместмость и снизить риски воспаления. Синтетические трансплантаты на основе гидроксиапатита и полилактида сопоставимы со свойствами кости, обладают достаточной прочностью и биосовместимостью [5].
Цель работы заключалась в получении композиционного материала на основе гидроксиапатита (ГА) и сополимера лактида и гликолида, предназначенного для замены костных тканей, анализе физико-химических и механических свойств. Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
- Получение композиционного материала на основе гидроксиапатита (ГА) и сополимера лактида и гликолида;
- Исследование структурных и поверхностных свойств полученного материала (фазовый и функциональный состав, пористость, шероховатость);
- Исследование физико-химических свойств;
- Анализ потенциала вывода материала на рынок.

Купить

Получен полимерный композиционный материал с сетью взаимосвязанных макропор на основе биоразлагаемых полимеров и гидроксиапатита путем смешения раствора СЛГ в хлороформе и порошка ГА.
Согласно данным ИК-спектроскопии установлено, что в композите не происходит изменений кристаллографической структуры исходных компонентов (СЛГ и ГА); на спектрах присутствуют основные линии, характерные для исходных компонентов.
Макропористость композита зависит от количества NaCl. Композит имеет шероховатость (Ra = (2,16 ± 0,30) мкм)
Установлено, что композит имеют гидрофильную природу (0<90°).
Композит участвует в формировании кальций-фосфатного слоя на своей поверхности, что способствует остеокондукции на поверхности материала.

Купить