SK1172022A3 - Kompozitný biocementový systém - Google Patents

Abstract

Kompozitný biocementový systém určený na regeneráciu a rekonštrukciu kostných, chrupkových alebo osteochondrálnych defektov je zložený z práškovej kalcium-fosfátovej zložky a kvapalnej zložky obsahujúcej rozpustený včelí med v roztoku dihydrogénfosforečnanu sodného alebo hydrogénfosforečnanu sodného alebo dihydrogénfosforečnanu draselného, alebo ich zmesi.

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka zloženia a použitia kompozitných biocementových systémov určených na regeneráciu a rekonštrukciu tvrdých tkanív, defektov chrupky a osteochondrálnych defektov v lekárstve.

Doterajší stav techniky

Klinické aplikovanie kalcium fosfátových systémov v lekárstve je známe už od identifikácie zloženia minerálnej časti, pričom sa prednostne využívali a stále využívajú autológne a alogénne kostné implantáty s nespornými výhodami ako sú ich osteoinduktivita, bioaktivita, biokompatibilita, osteokonduktivita a zároveň vysoký stupeň osteointegrácie s okolitým tkanivom po hojení poškodených miest. Uvedené charakteristiky neboli pozorované v takejto komplexnosti pri syntetických typoch kalcium fosfátových biomateriálov najmä v prípade osteoindukcie a osteointegrácie. Pozitívom syntetických biomateriálov je, že sa neprejavuje imunogénna odozva a prípadný prenos ochorení z darcu a nevznikajú komplikácie spojené pri autológnych transplantáciách s odobratím biologického materiálu z inej časti tela. Široké využitie kalcium fosfátových biomateriálov na komerčné účely vo forme povlakov, hydroxyapatitových keramických blokov a fixatúr začína v 90-tych rokoch 20. storočia, pričom pórovité keramické skelety boli vyvinuté až na jeho konci (M. Jarcho, M. Clin. Orthop. Relat. Res. 157 (1981) 259; H. A. Aoki a kol., J. Dent. Eng. 18 (1977) 86-89). Kalcium fosfátové biocementy (CPC) sú podľa zloženia biokompatibilné, osteoinduktívne a osteokonduktívne materiály, ktoré sú využívané na rekonštrukciu a regeneráciu kostných tkanív v organizme, pretože z dôvodu jednoduchej aplikácie vo forme tvarovateľnej pasty sú predurčené na dokonalé vypĺňanie rôznych typov defektov v kostných tkanivách v maxillofaciálnej, kraniálnej oblasti (A. Kolk a kol. Journal of Cranio-Maxillofacial Surgery 40 (2012) 706-718; F. Baino Acta Biomaterialia. 10 (8) (2014) 3372-3397), v zubnej medicíne a ortopédii (J. Yao, AM Ho, Operative Techniques in Orthopaedics. 19 (2) (2009) 77-87).

Z pohľadu riešenia osteochondrálnych defektov sú patentované systémy orientované na prípravu najmä celulárnych typov biopolymérnych 3D-substrátov s nasadenými autológnymi kmeňovými bunkami resp. chondrocytmi vo forme napr. devitalizovaných allo- alebo xeno-graftov chrupky obsahujúcich rastové faktory (W02009011849, W02010083051A2), tvorbou syntetického matrixu na substrátoch chondrocytmi in-vitro (W02009106642A1), injektovateľných mikrogranuliek biopolymérov (WO210017265), celulózových hydrogélov (WO2009155583A1), fotokompozitov na báze chitosan/kolagénových zmesiach (W02010120757A2), multištruktúrnych pórovitých systémov na báze hodvábu s fibrínovým lepidlom spojenými vrstvami (WO2011156586A2), kompozitných kalcium fosfátových/biopolymérnych filmov (JP2004049626) a vláknitých dvojvrstvových skeletov (US8475531), kompozitných implantátov z decelularizovanej chrupky a demineralizovaných kostí (MD1177), kalcium fosfát/kolagénové špongie (CN106139255) alebo multifázové skelety (WO2017118863), gradientových pórovitých skeletov obsahujúcich PLGA mikročastice a hydrogély (US2017239395), devitalizovanej mikronizovanej extracelulárnej matrice (US2017232144), multivrstvových zmesí kolagén/kyselina hyalurónová (US2017157288), dvojsieťové štruktúry s hydroxyapatitom a fibroínom (WO2016100721) s chemicky previazaných s chitosanom (CN106178126), keramických štruktúrne dvojvrstvový systém s rozdielnou pórovitosťou vrstiev (US2007113951), kolagén/hydroxyapatitových multivrstvových štruktúr (US2009232875). Okrem toho boli publikované a patentované práce o aplikácii kalcium fosfátových biocementoch, v ktorých je preukázané úspešné hojenie defektov kostí a osteochondrálnych defektov in vivo (SK288818; L. Medvecky a kol., Materials 14 (2021) 436).

V CPC sú reprezentované najčastejšie dvoj- a viac- komponentnými systémami, pričom jednotlivé zložky podliehajú rozpúšťaniu a hydrolýze, počas ktorých dochádza zmenou charakteru prostredia (napr. pH, rast koncentrácie iónov) ku presýteniu okolia vzhľadom ku finálnemu produktu precipitácie najčastejšie hydraxyapatitu (HAP) (resp. jeho kalcium deficitných foriem, CDHAP) (Ch. Liu a kol., J. Biomed. Mater. Res. 35 (1997) 75). Hydroxyapatitové samovoľne tuhnúce typy biocementov sú zložené majoritne so zmesi tetrakalcium fosfát/monetit (CaHPO4) (TTCP/DCPA alebo brushitu (CaHPO4.2H2O) alebo obsahujú vysoký podiel trikalcium fosfátu (zväčša vysokoteplotná α- forma) a po zmiešaní s kvapalnou zložkou (roztoky fosforečnanov) dochádza k postupnej transformácií fáz na CDHAP a stuhnutiu celého systému (L. C. Chow a kol., Biomaterials 26 (2005) 393; L. A. dos Santos a kol., Biomaterials 23 (2002) 2035). Fyzikálno- chemické vlastnosti vo vzťahu k procesu tuhnutia CPC na báze TTCP/DCPA výrazným spôsobom ovplyvňuje pomer Ca/P v CPC, prídavky organických aditív (karboxylové kyseliny, algináty, kyselina fytolová, chitosan a i.), rôznych anorganických plnív (inertné oxidy - SiO2, ZrO2, nitridy kremíka, whiskre atď.) ako aj HAP nanokryštalických častíc (K. S. Tenhuisen, P. W. Brown, J. Biomed. Mater. Res. 36 (1997) 233; C. S. Liu a kol., Biomaterials 24

SK 117-2022 A3 (2003) 4103; K. Ishikawa, E. D. Eanes, J. Dent. Res. 72(2) (1993) 474; Q. Yang a kol., Biomaterials 23 (2002) 2751-2760; K. Takahashi a kol., Ceramics International 30 (2004) 199-203). Amorfný až nanokryštalický charakter HAP častíc v CPC ovplyvňuje in vitro chovanie biologicky aktívnych buniek kostného tkaniva (osteoklasty, osteoblasty) a podporuje proliferáciu a rast buniek (T. Yuasa a kol., J Biomed Mater Res 54 (2001) 344-350; C. Itthichaisri a kol., J Biomed Mater Res 82A (2007) 777-787; Han Guo a kol., Acta Biomaterialia 5 (2009) 268-278; P. Quinten Ruhe a kol. Biomaterials 25 (2004) 2123-2132; M. Komata, H. H. Varma, Bull. Mater. Sci. 26(4) (2003) 415). Malý (~1 hmotn. %) prídavok rôznych typov organických látok (napr. rozpustný škrob, kys. kyanurová, cyklodextrín, dextrán, polyvinylpyrolidon) do TCP cementu zvýšil stabilitu cementovej pasty po vložení do roztokov (I. Khairoun a kol., Biomaterials 20 (1999) 393). Vytvorením kompozitu TCP/želatína sa výrazne zvýšila pevnosť v tlaku cementu (CS) (A. Bigi a kol., Biomaterials 25 (2004) 2893).

Bioaktivitu CPC cementového systému a najmä resorbovateľnosť sa dá zvýšiť pridaním síranov vápenatých ako ďalšej komponenty cementu avšak množstvo sa musí optimalizovať na získanie vhodných fyzikálnochemických a mechanických vlastností, pretože samotné majú zlé mechanické vlastnosti a vysokú resorbčnú rýchlosť (A.E.S. Van Driessche a kol., (eds.), New Perspectives on Mineral Nucleation and Growth, Springer International Publishing, Switzerland, 2017). Síran vápenatý (CS) sa pridáva do cementov na zvýšenie pórovitosti cementov až do 60 hmotn. % (I. Lodoso-Torrecilla a kol., Acta Biomaterialia 119 (2021) 1-12; J. S. Wang a kol., Journal of Orthopaedic Translation 6 (2016) 10-17; B. C. Yang a kol., Materials 13 (2020) 3458) a zlepšenie mechanických vlastností pôvodnej CPC zmesi (J. H. Lin a kol., J. Med. Biol. Eng. 32(3) (2012) 201204), ktoré však klesali s rastom pórovitosti cementu po rozpustení CS (G. Hu a kol., J Mater Sci: Mater Med 21 (2010) 627-634). Prídavok hemihydrátu síranu vápenatého aktívne ovplyvnil transformáciu TTCPM cementovej zmesi a redukoval rýchly nárast pH po príprave cementovej pasty (H Guo a kol., Biomed. Mater. 1 (2006) 193-197; L. Medvecky.; a kol., Materials 2021, 14, 2137).

Bioaktivita CPC vo vzťahu k tvorbe nového kostného tkaniva môže byť pozitívne ovplyvnená použitím biologicky aktívnych látok ako sú kostné morfogenické proteíny a rastové faktory dávkované vo veľmi malých množstvách (Comelius von Wilmowsky a kol., Oral Maxillofac Surg DOI 10.1007/sl0006-013-0398-l), čo viedlo k významnému zvýšeniu tvorby kostného tkaniva a neovaskularizácii v modeli femurálneho defektu zajaca (R. Reyes a kol., Int. J. Care Injured 43 (2012) 334-342). Podobne aTCP cement získal osteoinduktivitu pridaním nanogramových množstiev BMP2 do cementových pórovitých granulí, z ktorého sa postupne uvoľňoval po implantácii do zajaca (C. H. Kroese-Deutman a kol., Biomaterials 26 (2005) 1131— 1138). Uvedené poznatky dokladujú efektívny a silný vplyv špecifických látok vo vysokej miere produkovaných bunkami na kompletnú tvorbu kostného tkaniva. Problémom pri týchto látkach zväčša proteínoch je ich vysoká cena, možnosť poklesu aktivity po adsorpcii na biomateriál v dôsledku zmeny ich štruktúrneho usporiadania ako aj nevyhnutnosť dodržať po spracovaní podmienky skladovania (zväčša -20 °C), aby sa zachovali ich biologické charakteristiky. Riešenie môže byť v hľadaní vhodných lacných prírodných produktov s pomerne širokou škálou biologických charakteristík pokrývajúcich podporu osteoinduktívnych, osteokonduktívnych, ale aj protizápalových či antimikrobiálnych vlastností CPC. Príkladom môže byť Aloe vera obsahujúci kyselinu acermanovú, aloein, ktoré zvýšilo proliferáciu mezenchýmových kmeňových buniek (MSC), ALP aktivitu a podporilo rast kostného tkaniva (S. Boonyagul a kol., Odontology 102 (2014) 310-317). Kurkumín má okrem protizápalových a antimikrobiálnych vlastností pozitívne ovplyvňuje profiferáciu osteoblastov a potláča resorbciu kostného tkaniva (A. Sahebkar a kol. Pharmacol. Res. 107 (2016) 234-242). Alicín ako aktívna zložka cesnaku chráni osteoblasty pred oxidačným stresom a apoptózou (L. Bayan a kol., J. Phytomed. 4 (2014) 1). Zelený čaj predstavuje ďalší zaujímavý príklad efektívneho účinku prírodného produktu na osteoporózu, inhibíciu resorbcie kostí a rast osteoblastickej aktivity (C. L. Shen a kol., Pharmacol. Res. 64 (2011) 155-161; C. L. Shen a kol., Nutr. Res. 29 (2009) 437-456).

Z hľadiska kostného tkaniva sú veľmi často aplikované kostné vosky obsahujúce pôvodne včelí vosk, mandľový olej a kyselinu acetylsalicylovú, a vyznačujúce sa homeostatickým účinkom pri ortopedických (totálne nahradenie kolenného kĺbu) (H. Moo a kol., J. Arthroplasty 32 (2017) 1483) alebo neurologických operáciách, pretože majú výbornú priľnavosť ku kosti a sú hydrofóbne, pričom pôsobia ako nepriepustná neresorbovateľná membrána neprepúšťajúca vytekajúcu krv po ich aplikácii (H. Zhou a kol., J. Orthop. Transl. 17 (2019) 64-72). Ich nevýhodou sú výrazné postranné efekty spojené s bakteriálnou infekciou, tvorbou fibrózneho tkaniva, nedostatočnou tvorbou nového kostného tkaniva, vznikom silnej zápalovej reakcie atď. Uvedené nedostatky boli riešené vývojom nových kostných voskov, kde sa nahradil včelí vosk syntetickými produktmi typu PEG, estermi kyselín, mastnými kyselinami v spojení s hydrogélmi celulózy, chitosanu, želatíny, a na zvýšenie bioaktivity prídavkom CPC, pričom dochádza k postupnej degradácii vosku (T. Bruckner a kol., Acta Biomaterialia 33 (2016) 252-263). Iným typom prírodných produktov je včelí med, dávno známy svojimi antimikrobiálnymi vlastnosťami a efektívnym účinkom pri hojení poranení kože. Znižuje pH okolia, podporuje produkciu vaskulárneho rastového faktora, epitelizáciu a granuláciu tkaniva ako aj redukuje

SK 117-2022 A3 opuchy (A. C. Yilmaz, D. Aygin ,Complementary Therapies in Medicíne 51 (2020) 102388). Význam včelieho medu na využitie v regeneračnej medicíne kostných defektov je dosiaľ nedocenený a prakticky neexistujú práce analyzujúce vlastnosti kalcium fosfátových systémov v keramickej alebo CPC forme obsahujúcich med. Med obsahujúci polyfenolické zlúčeniny so silnými antioxidačnými vlastnosťami potláča oxidačný stres buniek, čím účinne pôsobí proti osteoporetickým zmenám a proti poklesu aktivity osteoblastov. Na zvieracích modeloch bolo ukázané, že prídavok medu do jedla zvýšil v akútnych fázach vstrebávanie vápnika do kostného tkaniva a podporil biomechanickú pevnosť kostí po dlhodobom používaní (M. A. Kamaruzzaman a kol., Evidence-Based Complementaiy and Alternatíve Medicíne (2019) ID 8543618 https://doi.org/10.1155/2019/8543618). Aplikácia medu do umelo vytvorených defektov v sánkovej kosti potkana demonštrovala významný rast kostného dobre mineralizovaného tkaniva už v počiatočných fázach hojenia (F. Hajizadeh a kol., J Contemp Dent Pract. 19(1) (2018) 47-51). Analýza kostného tkaniva v defekte vretennej kosti potkana potvrdila zlepšenie morfológie novovytvoreného tkaniva v kompozite med/HAP (A. Bigham-sadegh a kol., Trauma Monthly 23(4) (2018) Article ID 56119). Výsledky analýzy vplyvu medu na precipitáciu kalcium fosfátov v roztokoch odhalili jeho inhibičný, ale aj promočný účinok v závislosti od druhu použitého medu (S. Hidaka a kol., J Periodont Res 43 (2008) 450-458). Z vyššie uvedených faktov sa dá predpokladať pozitívny účinok pôsobenia špecifických látok obsiahnutých v mede v jeho komplexnej prírodnej forme, ktorá nebola doposiaľ aktívne využitá v spojení s CPC biocementami na hojenie defektov tvrdých tkanín a chrupky ako aj osteochondrálnych defektov.

Podstata vynálezu

Podstatou vynálezu je zloženie kompozitného biocementového systému určeného na rekonštrukciu a regeneráciu tvrdých tkanív, chrupkových a osteochondrálnych defektov. Biocementový systém je zložený z práškovej zmesi dvoch alebo viacerých kalcium fosfátových zložiek ako sú tetrakalcium fosfát, CaHPO4 alebo CaHPO4.2H2O, trikalcium fosfát, hydroxyapatit a hemihydrát síranu vápenatého v rôznom vzájomnom pomere a kvapalnej zložky obsahujúcej fosforečnany, ako sú dihydrogén fosforečnanu sodný, hydrogén fosforečnan sodný, dihydrogén fosforečnan draselný alebo ich zmesi a včelí med. Kalcium fosfátovú zložku biocementu charakterizuje mólový pomer Ca/P zodpovedajúci stechiometrickému alebo kalcium deficitnému hydroxyapatitu v rozmedzí 1,5-1,68. Bázická prášková tetrakalcium fosfátová zložka biocementovej zmesi sa syntetizuje vysokoteplotnou reakciou pri teplotách nad 1 400 °C homogénnej práškovej zmesi rôznych fosforečnanov vápenatých najlepšie hydrogén fosforečnanu vápenatého (CaHPO4), dihydrátu hydrogén fosforečnanu vápenatého (CaHPO4.2H2O), dihydrogén fosforečnanu vápenatého (Ca(H2PO4)2), pyrofosforečnanu vápenatého (Ca2P2O7) ako aj hydrogén fosforečnanu diamónneho ((NH4 )2(2HO4) s uhličitanom vápenatým (CaCO3), oxidom vápenatým (CaO), hydroxidom vápenatým (Ca(OH)2) alebo inými vápenatými soľami, ktoré sa rozkladajú pri teplotách do 1 000 °C. Získaný tetrakalcium fosfát sa ďalej zjemňuje mletím v guľovom mlyne obvykle 15 - 60 minút tak, aby výsledný prášok obsahoval častice s rozmermi < 10 μm. Finálna tetrakalcium fosfát/monetitová cementová zmes sa pripravuje in situ reakciou syntetizovaného mletého tetrakalcium fosfátu so zriedeným roztokom kyseliny ortofosforečnej v čistom organickom rozpúšťadle alebo zmesi rozpúšťadiel miesiteľných s vodou najlepšie v etanole, metanole, acetóne alebo ich zmesiach, pričom kyselina ortofosforečná sa pridáva v presne definovanom množstve tak, aby sa dosiahol celkový mólový pomer Ca/P v intervale 1,5 - 1,68. Tetrakalcium forfát/monetitová zmes obsahujúca hemihydrát síranu vápenatého sa pripravuje z práškového tetrakalcium fosfátu in situ reakciou so zmesou kyseliny ortofosforečnej a kyseliny sírovej v čistom organickom rozpúšťadle alebo zmesi rozpúšťadiel miesiteľných s vodou a najlepšie v etanole, metanole, acetóne alebo ich zmesiach tak, aby konečným produktom tuhnutia cementu bol stechiometrický hydroxyapatit alebo jeho kalcium deficitné formy s celkovým mólovým pomer Ca/P v intervale 1,5 - 1,68. Kyselina sírová sa pridáva v množstve tak, aby obsah síranu vápenatého vo finálnej cementovej zmesi bol najlepšie do 15 hmotn. %.

Práškovú zložku kompozitného biocementového systému je možné pripraviť aj priamo suchou (bez kvapalného média) alebo mokrou homogenizáciou práškovej zmesi kalcium fosfátových prekurzorov v mlyne s celkovým mólovým pomerom Ca/P v intervale 1,5 - 1,68 alebo mechanickým miešaním suspenzií vo vode, etanole, metanole, acetóne alebo ich zmesiach, ktoré môžu byť absolútne, teda úplne bezvodé, alebo môžu obsahovať presne definované množstvo vody v rozsahu do 30 obj. %.

Vysušenú práškovú zmes nie je potrebné ďalej upravovať akýmkoľvek spôsobom a výsledný kompozitný biocementový systém vo forme cementovej pasty sa získa zmiešaním pripravenej práškovej kalcium fosfátovej zmesi s 1 - 20 % vodným roztokom kvapalnej zložky obsahujúcej fosforečnany, najlepšie 1 - 4 % roztokom dihydrogén fosforečnanu sodného, hydrogén fosforečnanu sodného, dihydrogén fosforečnanu

SK 117-2022 A3 draselného alebo ich zmesi, a do 25 hmotn. % včelieho medu. Pomer práškovej zložky ku kvapalnej zložke môže byť v intervale 1,5 - 3 najlepšie 2 g/ml. Doby tuhnutia biocementových systémov pripravených podľa popísaného spôsobu sú v intervale 5 - 40 minút v závislosti od zloženia cementovej zmesi, doby mletia, koncentrácie a množstva kvapalnej. Pevnosť v tlaku vytvrdených cementov je v rozsahoch do 50 MPa, čo zodpovedá pevnostným charakteristikám kostného tkaniva. Výhodou biocementových zmesí pripravených in situ reakciou je výrazne zníženie hodnoty pH v počiatočných fázach tuhnutia pod 8,4 ako aj prídavok včelieho medu, znižuje intenzitu dráždenia, zápalovej reakcie a stresových faktorov okolitých tkanív po aplikácii. Biocementy sú jednoducho aplikovateľné v mieste defektu ihneď po príprave cementovej pasty a chirurgickej úprave miesta defektu, majú vyhovujúcu viskozitu a konzistenciu na plnenie kostných defektov ako aj vysokú odolnosť voči rozpadu vo vodných roztokoch už po 2 minútach od pridania kvapaliny na tuhnutie. V prípade cementu s prídavkom hemihydrátu síranu vápenatého dochádza k rastu koncentrácie vápnikových iónov pochádzajúcich z jeho rozpúšťania a transformácie počas tuhnutia cementovej pasty. Výsledky in vivo experimentov potvrdili tvorbu kostného tkaniva porovnateľnej morfológie a zloženia s pôvodným kostným tkanivom a v prípade osteochondrálneho defektu aj súvislej hyalínnej chrupky so zonálnou štruktúrou v mieste v priebehu 12 týždňov bez prejavov zápalových procesov v mieste defektu. V ďalšom je predmet vynálezu objasnený na príkladoch uskutočnenia bez toho, aby sa na ne obmedzoval.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

Kompozitný biocementový systém zložený z kalcium fosfátovej zmesi obsahujúcej práškový mikrokryštalický tetrakalcium fosfát s priemernou veľkosťou častíc < 10 μm a nanokryštalický monetit. Obsah jednotlivých zložiek v biocemente zodpovedá mólovému pomeru Ca/P rovnému 1,68. Kvapalná zložka cementu obsahovala 2 hmotn. % NaH2PO4 a 10 hmotn. % včelieho medu.

Príklad 2

Kompozitný biocementový systém zložený z kalcium fosfátovej zmesi obsahujúcej práškový mikrokryštalický tetrakalcium fosfát s priemernou veľkosťou častíc < 10 μm a nanokryštalický monetit. Obsah jednotlivých zložiek v biocemente zodpovedá mólovému pomeru Ca/P rovnému 1,60. Kvapalná zložka cementu obsahovala 2 hmotn. % NaH2PO4 a 10 hmotn. % včelieho medu.

Príklad 3

Kompozitný biocementový systém zložený z 20 hmotn. % trikalcium fosfátu a kalcium fosfátovej zmesi s mólovým pomerom Ca/P rovnom 1,68 obsahujúcej práškový mikrokryštalický tetrakalcium fosfát s priemernou veľkosťou častíc < 10 μm a monetit. Kvapalná zložka cementu obsahovala 1 hmotn. % NaH2PO4 a 10 hmotn. % včelieho medu.

Príklad 4

Kompozitný biocementový systém zložený z trikalcium fosfátu s priemernou veľkosťou častíc < 10 μm. Kvapalná zložka cementu obsahovala 1 hmotn. % NaH2PO4 a 10 hmotn. % včelieho medu.

Príklad 5

Kompozitný biocementový systém zložený z trikalcium fosfátu s priemernou veľkosťou častíc < 10 μm. Kvapalná zložka cementu obsahovala 2 hmotn. % KH2PO4, 1 hmotn. % Na2HPO4 a 10 hmotn. % včelieho medu.

Príklad 6

Kompozitný biocementový systém zložený z 10 hmotn. % trikalcium fosfátu a kalcium fosfátovej zmesi s mólovým pomerom Ca/P rovnom 1,5 obsahujúcej práškový mikrokryštalický tetrakalcium fosfát s priemernou veľkosťou častíc < 10 μm a monetit. Kvapalná zložka cementu obsahovala 1 hmotn. % NaH2PO4 a 5 hmotn. % včelieho medu.

Príklad 7

Kompozitný biocementový systém zložený z trikalcium fosfátu s priemernou veľkosťou častíc < 10 μm. Kvapalná zložka cementu obsahovala 2 hmotn. % NaH2PO4 a 5 hmotn. % včelieho medu.

SK 117-2022 A3

Príklad 8

Kompozitný biocementový systém zložený 10 hmotn. % hemihydrátu síranu vápenatého a kalcium fosfátovej zmesi s mólovým pomerom Ca/P rovnom 1,68 obsahujúcej práškový mikrokryštalický tetrakalcium fosfát s priemernou veľkosťou častíc < 10 μm a monetit. Kvapalná zložka cementu obsahovala 1 hmotn. % NaH2PO4 a 5 hmotn. % včelieho medu.

Príklad 9

Kompozitný biocementový systém zložený 5 hmotn. % hemihydrátu síranu vápenatého a kalcium fosfátovej zmesi s mólovým pomerom Ca/P rovnom 1,68 obsahujúcej práškový mikrokryštalický tetrakalcium fosfát s priemernou veľkosťou častíc < 10 μm a monetit. Kvapalná zložka cementu obsahovala 2 hmotn. % NaH2PO4 a 10 hmotn. % včelieho medu.

Príklad 10

Kompozitný biocementový systém zložený z 80 hmotn. % trikalcium fosfátu a kalcium fosfátovej zmesi s mólovým pomerom Ca/P rovnom 1,68 obsahujúcej práškový mikrokryštalický tetrakalcium fosfát s priemernou veľkosťou častíc < 10 μm a monetit. Kvapalná zložka cementu obsahovala 4 hmotn. % NaH2PO4 a 10 hmotn. % včelieho medu.

Príklad 11

Kompozitný biocementový systém zložený z 20 hmotn. % trikalcium fosfátu a kalcium fosfátovej zmesi s mólovým pomerom Ca/P rovnom 1,68 obsahujúcej práškový mikrokryštalický tetrakalcium fosfát s priemernou veľkosťou častíc < 10 μm a monetit. Kvapalná zložka cementu obsahovala 2 hmotn. % KH2PO4 a 10 hmotn. % včelieho medu.

Príklad 12

Kompozitný biocementový systém zložený z 20 hmotn. % trikalcium fosfátu, 10 hmotn. % hemihydrátu síranu vápenatého a kalcium fosfátovej zmesi s mólovým pomerom Ca/P rovnom 1,68 obsahujúcej práškový mikrokryštalický tetrakalcium fosfát s priemernou veľkosťou častíc < 10 μm a monetit. Kvapalná zložka cementu obsahovala 2 hmotn. % NaH2PO4 a 5 hmotn. % včelieho medu.

Príklad 13

Kompozitný biocementový systém zložený z kalcium fosfátovej zmesi obsahujúcej práškový mikrokryštalický tetrakalcium fosfát s priemernou veľkosťou častíc < 10 μm a monetit. Obsah jednotlivých zložiek v biocemente zodpovedá mólovému pomeru Ca/P rovnému 1,68. Kvapalná zložka cementu obsahovala 2 hmotn. % NaH2PO4 a 20 hmotn. % včelieho medu.

Príklad 14

Kompozitný biocementový systém zložený z 20 hmotn. % trikalcium fosfátu, 5 hmotn. % hydroxyapatitu a kalcium fosfátovej zmesi s mólovým pomerom Ca/P 1,68 obsahujúcej práškový mikrokryštalický tetrakalcium fosfát s priemernou veľkosťou častíc < 10 μm a monetit. Kvapalná zložka cementu obsahovala 2 hmotn. % NaH2PO4 a 10 hmotn. % včelieho medu.

Príklad 1, 2 - spôsob prípravy

Vstupná prášková tetrakalcium fosfátová fáza bola pripravená žíhaním zmesi CaHPO4.2H2O a CaCO3 tak, aby mólový pomer Ca/P bol rovný 2,0 pri teplote 1 420 °C/2 hod. na vzduchu. Tetrakalcium fosfátová fáza bola rozdrvená a mletá v guľovom mlyne 30 minút a výsledný prášok mal priemernú veľkosť častíc rovnú 8 μm. Kalcium fosfátový cementový systém bol pripravený in situ 30 minútovým mletím práškového tetrakalcium fosfátu v planetárnom guľovom mlyne v takom množstve roztoku kyseliny ortofosforečnej (zriedená v objemovom pomere 1 : 5 v absolútnom etanole), ktorý zodpovedá výslednému mólovému pomeru Ca/P podľa príkladu 1,2. Výsledkom bola homogénna prášková prekurzorová zmes, obsahujúca mikrokryštalický tetrakalcium fosfát a nanokryštalický monetit, ku ktorej sa pridá kvapalná zložka obsahujúca 2 hmotn. % NaH2PO4 a 10 hmotn. % včelieho medu. Pomer práškovej ku kvapalnej zložke bol 2.

Príklad 8, 9 - spôsob prípravy

Vstupná prášková tetrakalcium fosfátová fáza bola pripravená zmiešaním CaHPO4.2H2O a CaCO3 tak, aby mólový pomer Ca/P bol rovný 2.0. Zmes bola následne žíhaná pri teplote 1 450 °C/4 hodiny na vzduchu. Tetrakalcium fosfátová fáza bola rozdrvená, mletá v guľovom mlyne 30 minút a sitovaná (sito Mesh 250).

SK 117-2022 A3

Následne bol práškový tetrakalcium fosfát vložený do mlecej nádoby a mletý v planetárnom guľovom mlyne v roztoku zmesi kyseliny ortofosforečnej a kyseliny sírovej (zmes zriedená v pomere 1 : 10 v 80 % etanole) počas 30 minút. Množstvo kyseliny ortofosforečnej a kyseliny sírovej bolo pridávané tak, aby celkový mólový pomer Ca/P v suspenzii bol rovný 1,68 a obsah síranu vápenatého bol 10 hmotn. %. Získaná suspenzia bola preliata na hodinové sklíčko a sušená pri 105 °C/2 hod a výsledný práškový biocementový systém sa zmieša s kvapalnou zložkou cementu obsahujúcou 1 hmotn. % NaH2PO4 a 5 hmotn. % včelieho medu. Pomer práškovej ku kvapalnej zložke bol 2.

Príklad 11 - spôsob prípravy

Prášková trikalcium fosfátová fáza bola pripravená zmiešaním CaHPO4 a CaCO3 tak, aby mólový pomer Ca/P bol rovný 1,5. Zmes bola následne žíhaná pri teplote 1 320 °C/2 hodiny na vzduchu. Trikalcium fosfátová fáza bola rozdrvená, mletá v guľovom mlyne 30 minút a sitovaná (sito Mesh 250). Prášková tetrakalcium fosfát/monetitová kalcium fosfátová zmes pripravená podľa príkladu 1,2 bola zmiešaná s trikalcium fosfátom tak, aby obsah trikalcium fosfátovej zložky v biocementovom systéme bol 20 hmotn. %. a výsledný práškový biocementový systém sa zmieša s kvapalnou zložkou cementu obsahujúcou 2 hmotn. % KH2PO4 a 10 hmotn. % včelieho medu. Pomer práškovej ku kvapalnej zložke bol 2.

Príklad 5 - spôsob prípravy

Prášková trikalcium fosfátová fáza bola pripravená zmiešaním CaHPO4 a CaCO3 tak, aby mólový pomer Ca/P bol rovný 1,5. Zmes bola následne žíhaná pri teplote 1 320 °C/2 hodiny na vzduchu. Trikalcium fosfátová fáza bola rozdrvená, mletá v guľovom mlyne 30 minút, sitovaná (sito Mesh 250) a zmieša sa s kvapalnou zložkou cementu obsahujúcou 2 hmotn. % KH2PO4, 1 hmotn. % Na2HPO4 a 10 hmotn. % včelieho medu. Pomer práškovej ku kvapalnej zložke bol 2,5.

Príklad 15

Ovciam samičieho pohlavia sa vo veku 1,5 - 2 rokov v celkovej anestézii navodil subchondrálny defekt kĺbovej chrupky v ľavom kolennom kĺbe. Rez bol vedený z ľavej laterálnej strany, od mediálneho patelárneho väzu distálne k tibiálnej drsnatine. Kolenný kĺb bol sprístupnený nad záťažovou plochou mediálneho kondylu stehnovej kosti. Porušilo sa subkutánne väzivo a povrchová fascia. Pri flexii kolenného kĺbu a čiastočnej luxácii kolennej kosti sa použitím kitu Osteochondral autograft transfer systém (Arthrex) navodil defekt kĺbovej chrupky na vopred definovanom mieste distálnej epifýzy stehnovej kosti (distálna epifýza femuru - 1x ľavý mediálny kondyl), v priemere 8 mm a hĺbke 10 mm. Miesto vytvoreného defektu sa následne vyplnilo kalcium fosfátovým biocementom podľa príkladu 1.

Príklad 16

Ovciam samičieho pohlavia sa vo veku 1,5 - 2 rokov v celkovej anestézii navodil subchondrálny defekt kĺbovej chrupky v ľavom kolennom kĺbe. Rez bol vedený z ľavej laterálnej strany, od mediálneho patelárneho väzu distálne k tibiálnej drsnatine. Kolenný kĺb bol sprístupnený nad záťažovou plochou mediálneho kondylu stehnovej kosti. Porušilo sa subkutánne väzivo a povrchová fascia. Pri flexii kolenného kĺbu a čiastočnej luxácii kolennej kosti sa použitím kitu Osteochondral autograft transfer system (Arthrex) navodil defekt kĺbovej chrupky na vopred definovanom mieste distálnej epifýzy stehnovej kosti (distálna epifýza femuru - 1x ľavý mediálny kondyl), v priemere 8 mm a hĺbke 10 mm. Miesto vytvoreného defektu sa následne vyplnilo kalcium fosfátovým biocementom podľa príkladu 5. Odber vzoriek bol uskutočnený po 3 mesiacoch po implantácii testovaného biomateriálu. Histologické analýzy nepreukázali žiadny zápalový proces v mieste implantácie, morfologické hodnotenie dokázalo vznik hyalínového chrupkového tkaniva so zonálnou štruktúrou a histochemická analýza potvrdila prítomnosť glykozaminoglykánov v aktívnych chondrocytoch. RTG snímky potvrdili takmer úplné vyhojenie defektu subchondrálnej kosti.

Claims (9)

1. Kompozitný biocementový systém, vyznačujúci sa tým, že je zložený z práškovej zložky obsahujúcej kalcium fosfátovú zmesi mikrokryštalického tetrakalcium fosfátu s priemernou veľkosťou častíc menej ako 10 μm a monetitu s mólovým pomerom Ca/P v intervale od 1,5 do 1,68 a kvapalnej zložky obsahujúcej včelí med rozpustený v roztoku obsahujúcom do 4 hmotn. % dihydrogén fosforečnanu sodného alebo hydrogén fosforečnanu sodného alebo dihydrogén fosforečnanu draselného alebo ich zmesi.

2. Kompozitný biocementový systém podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že kvapalná zložka obsahuje do 25 hmotn. % včelieho medu.

3. Kompozitný biocementový systém podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že obsahuje aspoň jednu z práškových zložiek ako je trikalcium fosfát, hydroxyapatit alebo hemihydrát síranu vápenatého.

4. Kompozitný biocementový systém podľa nároku 2, vyznačujúci sa tým, že obsahuje do 15 hmotn. % hemihydrátu síranu vápenatého .

5. Kompozitný biocementový systém podľa nároku 2, vyznačujúci sa tým, že obsahuje do 90 hmotn. % trikalcium fosfátu a do 10 hmotn. % hydroxyapatitu.

6. Kompozitný biocementový systém, vyznačujúci sa tým, že je zložený z práškovej trikalcium fosfátovej zložky a kvapalnej zložky obsahujúcej do 25 hmotn. % včelieho medu.

7. Spôsob prípravy kompozitného biocementového systému podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že prášková tetrakalcium fosfátová fáza sa melie do 60 minút v roztoku kyseliny ortofosforečnej zriedenej v objemovom pomere 1 : 5 až 1 : 10 v jednom alebo zmesiach organických rozpúšťadiel ako sú etanol, metanol, acetón s obsahom vody do 30 obj. % tak, aby pomer Ca/P vo finálnej zmesi bol v intervale od 1,5 do 1,68 a kvapalná zložka sa pripraví rozpustením včelieho medu v roztoku obsahujúcom do 4 hmotn. % dihydrogén fosforečnanu sodného alebo hydrogén fosforečnanu sodného alebo dihydrogén fosforečnanu draselného alebo ich zmesi.

8. Spôsob prípravy kompozitného biocementového systému podľa nároku 2, vyznačujúci sa tým, že prášková tetrakalcium fosfátová fáza sa melie v zriedenom roztoku kyseliny ortofosforečnej a sírovej v takom množstve, aby celkový mólový pomer Ca/P bol v intervale 1,5 až 1,68 a obsah hemihydrátu síranu vápenatého bol do 15 hmotn. %, a zriedenie v organickom rozpúšťadle alebo zmesiach organických rozpúšťadiel miesiteľných s vodou a obsahujúcich do 30 obj. % vody bolo v pomere 1 : 5 až 1 : 10, doba mletia do 60 minút a získaná zmes sa vysuší pri teplote do 105 °C alebo vo vákuu a kvapalná zložka sa pripraví rozpustením včelieho medu v roztoku obsahujúcom do 4 hmotn. % dihydrogén fosforečnanu sodného alebo hydrogén fosforečnanu sodného alebo dihydrogén fosforečnanu draselného alebo ich zmesi.

9. Kompozitný biocementový systém podľa nárokov 1 až 5, na použitie na miesto kostného, chrupkového alebo osteochondrálneho defektu počas chirurgickej opravy, rekonštrukcie alebo náhrady kostného alebo chrupkového tkaniva.