Заболевания костной системы занимают лидирующее место среди болезней, приводящих к инвалидности. Общество несет большие социально-экономические потери в связи с рано инвалидизирующимися больными с заболеваниями костной системы [1]. Одной из первостепенных задач современной медицины является увеличение продолжительности жизни пациентов, а также улучшение её качества.
Чтобы осуществить поставленные задачи, постоянно разрабатываются новые технологии и новые подходы к лечению. Одной из таких технологий является регенеративный подход, который предполагает самостоятельное восстановление костных тканей при создании необходимых условий для этого. Данный подход требует разработки новых материалов и методов для лечения пациентов.
Фосфаты кальция традиционно использовались в качестве материалов при лечении заболеваний костной ткани, для её замещения в местах дефектов. Использование именно фосфатов кальция связано с тем, что фосфаты кальция близки по составу неорганической составляющей костной ткани, которая на 25% состоит из минеральных веществ. Ранее часто использовалась керамика на основе фосфатов кальция, однако недостатками такого рода материалов являются невысокая трещиностойкость и невозможность заполнять костные дефекты неправильной формы. [2] Это ограничивает область применения кальцийфосфатной керамики. С 80-х годов прошлого столетия активно разрабатываются новые материалы на основе кальцийфосфатных цементов [3]. Важным преимуществом цементов, по сравнению с керамикой, является простота их использования в процессе хирургических вмешательств, возможность заполнять костные дефекты любой формы, однако и цементы не лишены недостатков. Главным недостатком цементов является их низкая прочность и хрупкость. Данная работа направлена на решение проблем, связанных с повышением прочности цементов, данный результат возможно получить, используя композиционные материалы цементов с биополимерами.
1. Разработан состав кальцийфосфатного цемента на основе р-ТКФ, содержащий от 0 до 10% масс. ПВП. Основной кристаллической фазой разработанного цемента является брушит, таким образом, цемент относится к брушитовым цементам.
2. Установлено, что время схватывания цементов зависит от вида биополимера: наибольшим временем схватывания характеризуется КМЦ, 8 мин, для ПВП, МЦ, альгината натрия время схватывания составило 7 мин. Время схватывания для цемента без полимеров составило 6 мин. Выявлена зависимость времени схватывания от концентрации ПВП: с увеличением концентрации ПВП от 0 до 10% масс. время схватывания возрастает примерно на 1 мин.
3. Кислотность цементов с биополимерами увеличивается в ряду: МЦсПВПсКМЦсальгинат. При выдерживании в физиологическом растворе в течение 1 часа кислотность цементов снижается от 0,1 до 0,6 единиц рН.
4. Установлено, что прочность цемента практически не зависит от концентрации ПВП.
1. Chow L.C., Takagi S.A. natural bone cement - A laboratory novelty led to the development of revolutionary new biomaterials // J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 2001. V. 106. P. 1029-1033.
2. Баринов С.М., Комлев В.С., Биокерамика на основе фосфатов кальция. // М.: Наука, 2005. с. 204.
3. Brown W.E., Chow L.C. A new calcium phosphate setting cement//J. Dent. Res.1983.Vol.62.P.672.
4. Накоскин А. Н., Дудин П. Л. Биохимические показатели состава костной ткани в определении паспортного возраста индивидуума //вестник курганского государственного университета. Серия: естественные науки. - 2013. - №. 3. - с. 92-95.
5. Doremus R.H. Review: Bioceramics // Journal of Material Science - 1992 - Т.27 - 285-297 с.
6. Иванов И. Ф., Ковальский П. А. Цитология, гистология и эмбриология. - Москва: Колос, 1976.
7. Мурашев С. В. Влияние разрушения структуры коллагена на гидрофильные свойства продуктов этого процесса //Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». - 2013. - №. 3.
8. Dorozhkin S.V. Calcium orthophosphate cements and concretes // Materials. 2009. V. 2. P. 221-291
9. Gibson, I. R., Rehman, I., Best, S. M., & Bonfield, W. (2000). Characterization of the transformation from calcium- deficient apatite to p-tricalcium phosphate. Journal of materials science: materials in medicine, 11(9), 533-539.
10. Вересов А.Г., Путляев В.И., Третьяков Ю.Д. Достижения в области кальцийфосфатных материалов. Рос. хим. журнал, 2000, т. 44, № 6, с. 32 - 46.
11. Сафронова Т. В., Путляев, В. И., Шехирев, М. А. Композиционная керамика, содержащая биорезорбируемую фазу //Стекло и керамика. - 2007. - №. 3. - С. 31-35.
12. Hench L.L. Bioceramics // J. Am. Ceram. Soc. 1998. N. 81. V. 7. P. 1705.
13. Barinov S.M., Komlev V.S. Calcium phosphate based bioceramics for bone tissue engineering. Zuerich: Trans Tech Publ. 2008. P. 204.
14. Шевченко В. Я., Баринов С. М. Техническая керамика. - М. : Наука, 1993.
15. Suchanek W., Yoshimura M., Processing and properties of hydroxyapatitebased biomaterials for use as hard tissue replacement implants. // J. Mater. Res. 1998. N. 13.V. 1. P. 94-117.
16. Hench L.L. Bioceramics // J. Am. Ceram. Soc. 1998. N. 81. V. 7. P. 1705.
17. Ohura K., Bohner M., Hardouin P., Lemaitre J., Pasquier G., Flautre B., Resorption of, and bone formation from, new p- tricalcium phosphatemonocalcium phosphate cements: an in vivo study. // J. Biomed. Mater. Res., 1996. V. 30. P. 193-200.
18. Fernandez E., Planell J.A., Best S.M., Precipitation of carbonated apatite in the cement system a-Ca3(PO4)2 - Ca(H2PO4)2 - CaCO3. // J. Biomed. Mater. Res., 1999. V. 47. P. 466-471.
19. Dekker R.J., de Bruijn J.D., Stigter M., Barrere F., Layrolle P., van Blitterswijk C.A. Bone tissue engineering on amorphous carbonated apatite and crystalline octacalcium phosphate coated titanium discs // Biomaterials. 2005. V. 26. P. 5231-5239.
20. Apelt D., Theiss F., El-Warrak A.O. et al. In vivo behavior of three different injectable hydraulic calcium phosphate cements// Biomaterials.2004.Vol.25.P.1439-1451.
21. Takagi S., Chow L., Hirayama S. et al. Premixed calcium-phosphate cement pastes//J. Biomed. Mater. Res.2003.Vol.67B.P.689-696.
22. Ambard A. J., Mueninghoff L. Calcium phosphate cement: review of mechanical and biological properties //Journal of Prosthodontics. - 2006. - Т. 15. - №. 5. - С. 321-328.
23. Вересов А. Г., Путляев В. И., Третьяков Ю. Д. Химия неорганических биоматериалов на основе фосфатов кальция //Российский химический журнал. - 2004. - Т. 48. - №. 4. - С. 52¬64.
24. Gbureck U., Spatz K., Thull R. Improvement of mechanical properties of self-setting calcium phosphate bone cements mixed with different metal oxides // Mat.-Wiss. u. Werkstofftech. 2003. V. 34. P. 1036-1040.
25. Zhang Y., Xu H.H.K. Effects of synergistic reinforcement and absorbable fiber strength on hydroxyapatite bone cement // J. Biomed. Mater. Res. A 2005. V. 75. P. 832-840.
26. Hench L.L., Polak J.M. Third-generation biomedical materials // Science. 2002. V. 295. P. 1014-1017.
27. Сафронова Т.В., Путляев В.И. Медицинское неорганическое материаловедение в России: кальцийфосфатные материалы // Наносистемы: Физика, Химия, Математика. 2013. Т. 4, № 1. С. 24-47.
28. Barinov S.M., Komlev V.S. Calcium phosphate based bioceramics for bone tissue engineering. Zuerich: Trans Tech Publ. 2008.
29. Wang XP., Ye JD., Li X., Dong H. Production of in-situ macropores in an injectable calcium phosphate cement by introduction of cetyltrimethyl ammonium bromide // J. Mater. Sci. Mater. Med. 2008. V. 19. P. 3221-3225.
30. Смирнов В.В. Пористые цементы для заполнения дефектов костной ткани // Материаловедение. 2009. № 8. С. 16¬19.
31. Takagi S., Chow L.C. Formation of macropores in calcium phosphate cement implants // J. Mater. Sci. Mater. Med. 2001. V. 12. P. 135-139.
32. Almirall A., Larrecq G., Delgado J.A., Martinez S., Planell J.A., Ginebra M.P. Fabrication of low temperature macroporous hydroxyapatite scaffolds by foaming and hydrolysis of an a-TCP paste // Biomaterials. 2004. V. 25. P. 3671-3680.
33. Bohner M., Brunner T.J., Doebelin N., Stark W.J., Effect of thermal treatments on the reactivity of nanosized tricalcium phosphate powders. // Journal of Materials Chemistry, 2008. V. 18. P. 4460-4467.
34. Bohner M. Reactivity of calcium phosphate cements // J. Mater. Chem. 2007. V. 17. P. 3980-3986.
35. Смирнов В. В. и др. Кальций-фосфатный костный цемент //Перспективные материалы. - 2008. - №. 1. - С. 26-30.
36. Bohner M., Merkle H.P., Van Landuyt P., Trophardy G., Lemaitre J. Effect of several additives and their admixtures on the physico-chemical properties of a calcium phosphate cement // J. Mater. Sci. Mater. Med. 2000. V. 11. P. 111-116.
37. Bohner, M. Calcium orthophosphates in medicine, from ceramics to calcium phosphate cements // Injury. 2000. V. 3. P. 37¬47.
38. Bigi A., Panzavolta S., Rubini K. Setting mechanism of a biomimetic bone cement // Chem. Mater. 2004. V. 16 (19). P 3740¬3745.
39. Bohner M. Physical and chemical aspects of calcium phosphates used in spinal surgery // Eur. Spine J. 2001. V. 10. P. 114-121.
40. Chow L.C. Calcium phosphate cements: chemistry, properties, and applications // Mater. Res. Symp. Proc. 2000. V. 599. P. 27-37.
41. Rajzer I., Castano O., Engel E., Planell J.A. Injectable and fast resorbable calcium phosphate cement for body-setting bone grafts // J. Mater. Sci. Mater. Med. 2010. V. 21. P. 2049-2056.
42. Gbureck U., Barralet J.E., Spatz K., Grover L.M. Ionic modification of calcium phosphate cement viscosity. Part I: hypodermic injection and strength improvement of apatite cement // Biomaterials. 2004. V. 25. P. 2187-2195.
43. Reinstorf A., Ruhnow M., Gelinsky M., Pompe W., Hempel U., Wenzel K.W., Simon P. Phosphoserine-a convenient compound for modification of calcium phosphate bone cement collagen composites // J . Mater. Sci. Mater. Med. 2004. V. 15. P. 451-455.
44. Ma Y., Bai T., Wang F. The physical and chemical
properties of the
polyvinylalcohol/polyvinylpyrrolidone/hydroxyapatite composite hydrogel //Materials Science and Engineering: C. - 2016. - Т. 59. - С. 948-957.
45. Шпанченко Р. В., Розова М. Г. Рентгенофазовый анализ //Методическая разработка для спецпрактикума к курсу лекций “Практические аспекты рентгеновской дифрактометрии”.- М., МГУ, Химический ф-т (ЛФОП). - 1998.
46. Васильев Е.К., Нахмансон М.М. Качественный рентгенофазовый анализ. Новосибирск: Наука, 1986.
47. Ясников И.С., Нагорнов Ю.С., Горбачев И.В., Микеев
Р.Р., Садовников П.С., Шубчинская Н.Ю., Аминаров А.В. Сканирующая электронная микроскопия как метод изучения микроскопических объектов электролитического
происхождения // Фундаментальные исследования. - 2013. - № 1-3. - С. 758-764.
48. Т.Ю. Гавриленко, О.В. Григоренко, Е.К. Ткаченко «Корпоративная экономика и финансы», Москва, Русайнс, 2016 год, C 125.
49. Официальный сайт компании «МОСЭНЕРГОСБЫТ»: http://www.mosenergosbyt.ru// 01.05.2020г