WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

Лукина Юлия Сергеевна

Инъекционный биорезорбируемый

кальцийфосфатный цемент для ортопедии и травматологии

Специальность 05.17.11 – Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2010

Работа выполнена в Российском химико-технологическом университете им.

Д. И. Менделеева

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Сивков Сергей Павлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, членкорреспондент РАН Баринов Сергей Миронович Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова кандидат технических наук Власова Елена Борисовна ФГУП ЦНИИ Автоматики и гидравлики

Ведущая организация: ГОУ ВПО Московская государственная академия коммунального хозяйства и строительства

Защита состоится 20 декабря 2010 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.204.12 в РХТУ им. Д. И. Менделеева (125047 г. Москва, Миусская пл., д. 9) в конференц-зале

С диссертацией можно ознакомиться в Информационно-библиотечном центре РХТУ имени Д.И. Менделеева.

Автореферат диссертации разослан ноября 2010 г.

контактный e-mail: lukina_rctu@mail.ru

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.204. кандидат технических наук, доцент Макаров Н. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В последние десятилетия в медицине для лечения травм и дефектов костной ткани наряду с трансплантацией всё шире используются альтернативные методы, связанные с применением имплантатов на основе синтетических материалов – металлов, полимеров, керамики, стеклокристаллических материалов, цементов, а также их композитов. Наиболее перспективную и стремительно развивающуюся группу материалов для ортопедии и травматологии представляют кальцийфосфатные материалы поскольку их химический состав сходен с костной тканью.

Процесс ассимиляции такого кальцийфосфатного имплантата в организме сопровождается его частичным или полным растворением, проникновением в имплантат эндогенных протеинов, прорастанием кровеносных сосудов, ростом, размножением и делением клеток с образованием клеточной среды, заполняющей поры имплантата и, наконец, формированием искусственной кости.

Кальцийфосфатные биоцементы имеют ряд преимуществ в сравнении с другими биоактивными материалами: возможность адаптации к костному дефекту для обеспечения тесного контакта имплантат - кость, фиксации костных обломков и имплантатов; возможность инъекционного введения, сводящего хирургические манипуляции к минимуму; возможность равномерного распределения по объему введенных в цемент антибиотиков, а также костных морфогенетических белков для улучшения остеоиндуктивности и их пролонгированного выхода в месте имплантации и, наконец, биорезорбция, которая позволяет проводить лечение без вторичного хирургического вмешательства.

В зависимости от состава затвердевшего материала известны три типа кальцийфосфатных биоцементов: апатитовые (конечная фаза – гидроксилапатит Са10(РО4)6(ОН)2 или карбонатный апатит), октокальцийфосфатные (конечная фаза – Са8(НРО4)2(РО4)45Н2О) и брушитовые (конечная фаза – дигидрат дикальцийфосфата или брушит СаНРО4·2Н2О). При физиологических значениях рН брушитовые цементы обладают большей скоростью растворения, чем апатитовые или октокальцийфосфатные, что увеличивает скорость регенерации костной ткани. Недостатками брушитовых цементов являются короткие сроки схватывания, невысокие значения прочности, низкие значения рН твердеющего раствора, высокая расслаиваемость и водоотделение при прохождении через иглу при инъекционном способе применения.

Отечественные аналоги брушитовых цементов отсутствуют, поэтому разработка биоцементов на основе брушита в нашей стране является актуальной.

Работа выполнялась в соответствии с планом научно-исследовательских работ РХТУ им. Д.И.Менделеева, проводимой в рамках единого заказ – наряда по заданию Федерального агентства по образованию (темы № 1.2.01 и 1.2.06) и в сотрудничестве с ФГУ ЦИТО им. Н.Н.Приорова Росмедтехнологий.

Цель работы. Синтез и исследование свойств кальцийфосфатных биоцементов на основе брушита; получение инъекционных форм брушитовых биоцементов; установление взаимосвязей между составом цементов и их поведением в организме.

Научная новизна работы состоит в следующем:

выявлены закономерности процессов фазообразования при твердении кальцийфосфатных биоцементов брушитового типа; показано, что присутствие в составе исходного цемента избыточного по отношению к стехиометрическому количеству трикальцийфосфата препятствует превращению брушита в гидроксилапатит и повышает значение рН твердеющего раствора;

установлены оптимальный вид и количество добавок – замедлителей процесса гидратации и твердения кальцийфосфатных брушитовых биоцементов для обеспечения необходимых реологических свойств при инъекционном способе применения цемента; показано, что для обеспечения высокой пластичности цементного раствора в течение 3 – 5 минут с момента затворения в состав цемента необходимо вводить 0,6 – 1,6 мас. % (в пересчете на SO42-) водорастворимых сульфатов совместно с 0,3 мас.% Na4P2O7·10H2O; для приближения значений рН твердеющего цементного раствора к физиологически приемлемым значениям (рН > 4 – 4,5) сульфат-ион необходимо вводить в виде MgSO4·7H2O, а не H2SO4;



выявлена зависимость скорости резорбции затвердевшего цемента от температуры термообработки исходного компонента – -трикальцийфосфата и присутствия в составе цемента рекомбинантного костного морфогенетического белка rhВМР-2;

установлено, что повышение температуры термообработки -Са3(РО4)2 с 900 до 1200 оС приводит к формированию более прочной и плотной структуры и замедлению скорости резорбции затвердевшего материала, а введение в состав цемента рекомбинантного костного морфогенетического белка увеличивает скорость его биодеградации;

разработан способ повышения рентгеноконтрастности твердеющего цемента за счет введения в его состав растворимого йодсодержащего вещества – урографина, что позволяет визуализировать процессы биодеградации и остеоинтеграции цемента в организме.

Практическая значимость работы заключается в:

разработке составов кальцийфосфатных биоцементов брушитового типа для ортопедии и травматологии с различными механическими характеристиками, сроками схватывания, значениями рН твердеющего раствора, пористостью и скоростью биорезорбции затвердевшего материала;

разработке инъекционной формы брушитового биоцемента, которая позволяет вводить его в организм через иглу диаметром 2 мм;

разработке биокомпозиционных материалов на основе дигидрата дикальцийфосфата с рекомбинантными костными морфогенетическими белками rhBMP-2;

показано, что такие композиты биосовместимы, биологически активны, проявляют хорошую остеоинтеграцию к костной ткани.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на ХХ, ХХI, ХХII и ХХIII Международных конференциях молодых ученых по химии и химической технологии, Москва, 2006, 2007, 2008 и 2009 гг., VIII Всероссийской научнопрактической конференции студентов и аспирантов «Химия и химическая технология в ХХI веке», Томск, 2007 г., Всероссийской научно-практической конференции «Клеточные и нанотехнологии в биологии и медицине», Курган, 2007 г., Всероссийском совещании «Биоматериалы в медицине», Москва, 2009 г., Всероссийской научнопрактической конференции «Применение искусственных кальций-фосфатных биоматериалов в травматологии и ортопедии», Москва, 2010 г., IX съезде травматологовортопедов, Саратов, 2010 г., Международной научно-практической конференции «Новые технологии создания и применения биокерамики в восстановительной медицине 2010», Томск, 2010 г.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 15 печатных работах, в том числе 2 статьи в журналах, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Объем и структура диссертации. Диссертация содержит 161 страницу, в том числе 14 таблиц, 75 рисунков и состоит из введения, аналитического обзора, методической части, экспериментальной части, общих выводов, списка литературы, включающего 145 наименований и 1 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Состояние вопроса и основные направления исследования. Костная ткань – специализированный тип соединительной ткани с высокой минерализацией межклеточного органического вещества, представленного в основном белками коллагенового типа, содержит 60-70 % неорганических соединений, главным образом, фосфатов кальция. Создание искусственных материалов, способных заместить или восстановить костную ткань – чрезвычайно актуальная проблема. Ежегодно в мире проводится более 4 миллионов костных операций с использованием имплантатов.

Идеального материала для костной хирургии, по всем свойствам сходного с костной тканью, до сих пор не найдено.

В травматологии и ортопедии в настоящее время разработан и продолжает расширяться целый спектр биоматериалов для восстановления костной ткани. Инъекционный кальцийфосфатных цемент совмещает в себе свойства биоактивности и биорезорбируемости, присущие кальцийфосфатным материалам и способность инъецироваться и твердеть, характерную для полиметилметакрилатных цементов. Только инъекционные формы материалов позволяют проводить операции в условиях ограниченного хирургического доступа.

Большинство коммерческих кальцийфосфатных биоцементов являются цементами апатитового типа. Брушитовые биоцементы, представленные импортными продуктами СhronOS™ Inject (Norian Synthes-Stratec), VitalOs (CalciphOs), Eurobone® (Kasios), составляют небольшую часть рынка биоцементов.

Основными препятствиями использованию инъекционных форм брушитовых цементов являются короткие сроки схватывания, высокое водоотделение и расслаиваемость цементного раствора при прохождении через иглу. Имеющиеся в научнотехнической литературе данные о замедлителях процесса гидратации и регуляторах реологических и седиментационных свойств кальцийфосфатных цементов получены в различных экспериментальных условиях и носят фрагментарный и противоречивый характер.

На основании вышеизложенного в работе были определены следующие основные направления исследований:

синтез и оптимизация состава кальцийфосфатных биоцементов брушитового типа;

изучение влияния добавок – замедлителей процессов гидратации и твердения кальцийфосфатных цементов, полимерных добавок и температурных условий синтеза исходных компонентов на сроки схватывания, реологические характеристики и инъекционную способность цементных растворов;

исследование биорезорбируемости и остеоинтеграции кальцийфосфатного брушитового цемента в экспериментах in vivo, выявление закономерностей поведения материала от его состава.

2. Материалы и методы исследования. Для синтеза брушитового цемента использовались фосфаты кальция – пищевые добавки Е341 производства ООО «Химстар»: моногидрат монокальцийфосфата Са(Н2РО4)2·Н2О и трикальцийфосфат дигидрат Са3(РО4)2·2Н2О. Подготовка исходных компонентов заключалась в термообработке Са3(РО4)2·2Н2О при температурах 900 – 1200 оС. Реактивы, используемые в качестве добавок к цементу, имели квалификацию «чда» или «хч».

Определение прочностных характеристик цементов проводилось на образцах балочках размером 101030 мм, твердевших при температуре 37 0С и 100 % влажности. Сроки схватывания цементов определялись на малом приборе Вика. Пластическая прочность цементного раствора исследовалась с помощью конического пластометра конструкции Ребиндера. Пористость затвердевшего материала определялась методом насыщения образца инертной жидкостью (гептаном).

В работе применялись физико-химические методы исследования: рентгенофазовый анализ (дифрактометры «Реном», ДРОН -3М), рентгеноспектральный анализ (рентгенофлуоресцентный анализатор ED 2000, Oxford Instruments), ИКспектроскопия (ИК-Фурье спектрометр Spectrum-6x, Perkin-Elmer), электронномикроскопический анализ, качественный локальный элементный анализ (СЭМ VEGA-TESCAN), калориметрический анализ (дифференциальный микрокалориметр «Цемент ТГЦ-1М»), рентгенологическое исследование (рентгенологический анализатор Kodak In-Vivo fx pro).

Доклинические испытания цементов проводились в ФГУ ЦИТО им.

Н. Н. Приорова Росмедтехнологий на самцах крысы линии Vistar; использовались цементные образцы в виде цилиндрических блоков 4 8 мм, имплантированные в мышечную ткань, и в виде пластичной массы, имплантированной в диафизарную часть большеберцовой кости.

3. Синтез и оптимизация состава кальцийфосфатных брушитовых биоцементов. Твердение кальцийфосфатных биоцементов происходит в результате кислотно-основного взаимодействия Са(Н2РО4)2·Н2О и Са3(РО4)2 в водном растворе с образованием в качестве основного продукта кристаллогидратов дигидрата дикальцийфосфата, имеющих структуру брушита:

Са(Н2РО4)2·Н2О + -Са3(РО4)3 + 7Н2О 4СаНРО4·2Н2О Исследование исходных компонентов – фосфатов кальция – показало, что моногидрат монокальцийфосфата представляет собой монофазный продукт со средним размером частиц 13,6 мкм. Трикальцийфосфат дигидрат представляет собой смесь фосфатов кальция различного состава, однако после обжига при температурах свыше 900 оС превращается в практически чистый -Са3(РО4)3 с небольшой примесью пирофосфата кальция и средним размером частиц 42,5 мкм. Примеси, в том числе тяжелые металлы, присутствуют в фосфатах кальция в следовых количествах и не являются препятствием для их использования в составе биоцемента.

В соответствии с термодинамическими расчетами образование брушита происходит при значении рН раствора в интервале от 2,5 до 4,8. Значение рН раствора зависит от соотношения исходных компонентов и увеличивается от 2,9 до 5,1 при увеличении отношения Са(Н2РО4)2·Н2О :

-Са3(РО4)3 от 50 : 50 до 30 : 70 (мол. %). Так как низкие значения рН раствора цемента способны вызывать воспалительные реакции организма, то при синтезе биоцемента необходимо стремиться к более высоким значениях рН из диапазона существования дигидрата дикальцийфосфата. Поэтому для дальнейших исследований была использована смесь фосфатов кальция в отношении Са(Н2РО4)2·Н2О :

-Са3(РО4)3 = 40 : 60 мол. %. Среднее значение рН раствора такого цемента составляет 4,1, прочность образцов, твердевших 24 часа в воздушновлажных условиях, равна 0,9 МПа при изгибе и 2,7 МПа при сжатии. Уменьшение или увеличение соотношения исходных компонентов приводит к снижению прочностных характеристик цементного камня.

собой дигидрат дикальцийфосфата – брушит в качестве основной фазы с небольшой примесью Са3(РО4)3. Брушит кристаллизуется в виде призматических и пластинчатых удлиненных кристаллов со средней длиной 79 и шириной 1,52 мкм шего цемента Инъекционные формы биоцементов должны удовлетворять ряду требований: длительными сроками схватывания, высокой пластичностью и целостностью структуры раствора (отсутствие расслаиваемости и водоотделения) при прохождении через иглу (используется игла диаметром 2 и длиной 40 мм). Предварительными исследованиями было установлено, что для инъекционного введения пластическая прочность цементного раствора через 3 минуты после затворения цемента не должна превышать 0,02 МПа. Использование брушитового цемента вышеприведенного состава не позволяет обеспечить подобные значения пластической прочности вследствие коротких (менее 1,5 минут) сроков схватывания.

Удлинение сроков схватывания кальцийфосфатного цемента было достигнуто применением добавок – замедлителей процессов гидратации и структурообразования и снижением реакционной способности исходных компонентов.

В качестве добавок – замедлителей процесса гидратации использовали декагидрат пирофосфата натрия Na4P2O7·10H2O. Ионы P2O74– образуют при взаимодействии с Са2+ нерастворимую оболочку на поверхности исходных фосфатов кальция, замедляющую их растворение в воде. В качестве добавок – замедлителей процесса структурообразования использовали вещества, содержащие ионы SO42–. Так как растворимость сульфатов кальция выше растворимости фосфатов кальция, то ионы SO42– замедляют кристаллизацию брушита, а, следовательно, и структурообразование цемента. В качестве добавок, содержащих ионы SO42–, использовали H2SO4, CaSO40,5H2O, CaSO42H2O и MgSO47H2O. Последнее соединение позволяет также замедлить процесс гидратации цемента вследствие образования на частицах исходных компонентов практически нерастворимых фосфатов магния.

Установлено, что вне зависимости от отношения В/Т при затворении цемента минимальная пластическая прочность достигается при использовании 0,6 мас.% H2SO4 и 1,8 мас.% Na4P2O7·10H2O; однако, из-за резкого снижения механической прочности цемента вследствие замедления процессов растворения и гидратации, введение Na4P2O7·10H2O в состав цемента ограничено 0,3 мас.%. При этом значения пластической прочности менее 0,02 МПа получаются при отношении В/Т более 0,66.

При использовании H2SO4 равновесное значение рН физиологического раствора, находящегося в контакте с цементом, снижается до 3,3, что может провоцировать воспалительные реакции в организме. Замена серной кислоты на её соли показала, что добавки сульфатов кальция в виде полуводного или двуводного гипса (CaSO40,5H2O или CaSO42H2O) не позволяют получить достаточно пластичный раствор биоцемента даже при высоком (более 0,89) удлиняет сроки схватывания цемента, но и положительно влияет на пластичность цементного раствора. При содержании 4 мас.% MgSO47H2O и (рис. 2). Начало схватывания такого цемента наРис.2. Инъекционная форма биоступает через 4 минуты, конец – через 5 минут цемента воздушно-влажных условиях, достигает 1,4 МПа при изгибе и 3,7 МПа при сжатии.

Равновесное значение рН физиологического раствора в контакте с твердеющим цементом составляет 4,0 (рис. 3). Открытая пористость затвердевшего материала составляет 64 % при среднем размере пор 10 – 30 мкм.

Добавки MgSO47H2O и Na4P2O7·10H2O не изменяют морфологию кристаллов брушита, образующихся при твердении биоцемента, однако уменьшают их средний размер до 3 – 5 мкм в длину и до 0,5 – 1 мкм в ширину.

Для снижения активности исходных компонентов биоцемента температура предварительной термообработки -Са3(РО4)3 была увеличена до 1200 оС. Термообработка Са(Н2РО4)2·Н2О невозможна вследствие его быстрой дегидратации и разложения при относительно невысоких температурах.

Рис. 3. Изменение рН физиологического раствора в контакте с биоцементом Установлено, что повышение температуры термообработки -Са3(РО4)3 с до 1200 оС не изменяет среднего размера частиц, но приводит к резкому уменьшению их удельной поверхности ( с 0,846 до 0,217 м2/г по методу БЭТ) вследствие снижения дефектности кристаллов. Уменьшается также водопотребность цементов. Цементный раствор с достаточно хорошими инъекционными свойствами и пластической прочностью менее 0,02 МПа может быть получен уже при отношении В/Т = 0,32. Начало схватывания цементного раствора на основе -Са3(РО4)3, обработанного при 1200 оС, наступает не ранее 5 минут 20 секунд, а конец схватывания – не позднее 8 минут с момента затворения. Прочность затвердевшего раствора составляет 4,3 МПа при изгибе и 15,0 МПа при сжатии. Открытая пористость цементного камня снижается до %, однако поры менее однородны по размерам. Средний диаметр пор изменяется в интервале 10 – 120 мкм.

Замедление растворимости -Са3(РО4)3 в результате термообработки при 1200 оС приводит к снижению рН твердеющего цементного раствора. Для повышения рН в состав цемента дополнительно вводились щелочные компоненты – СаО, Са(ОН)2, 3СаО·SiO2, водорастворимый силикат натрия Na2O·mSiO2·nH2O – в количестве от 0,5 до 5,0 % от массы цемента. Все указанные добавки повышают значения рН раствора, однако при этом несколько сокращают сроки схватывания и снижают прочностные характеристики цемента. Наименьшее негативное влияние на свойства цемента оказывает добавка Na2O·mSiO2·nH2O в количестве 1,5 мас.%, которая приводит к увеличению рН физиологического раствора, находящегося в контакте с твердеющим цементом, до 4. Прочность при изгибе цемента, содержащего водорастовримый силикат натрия, составляет 2,3 МПа, прочность при сжатии – 7,8 МПа.

Для предотвращения расслаивания, повышения водоудерживающей способности, увеличения когезии цементного теста к костной ткани в цементный раствор вводились биосовместимые и биодеградируемые полимеры: поливиниловый спирт, гидроксипропилцеллюлоза и природный биополимер – коллаген в количестве от 0,1 до 4,5 мас.%. Концентрация полимеров, при которой достигается необходимая пластичность цементного теста на момент инъекции, зависит от молекулярной массы полимера: чем больше молекулярный вес полимера, тем меньше должна быть его концентрация в жидкости для затворения инъекционного биоцемента. Так, для предотвращения расслаивания цементного раствора концентрация высокомолекулярного коллагена должна составлять 0,1 – 0,4 мас.%, а полимеров с меньшей молекулярной массой – поливинилового спирта и эфира целлюлозы – 0,5 – 2,3 мас.% и 0,3 – 1,5 мас.%, соответственно. Использование полимеров в данных концентрациях практически не влияют на сроки схватывания и механическую прочность биоцементов.

5. Оценка тканевой совместимости и биорезорбируемости брушитового цемента в экспериментах in vivo. Оценка тканевой совместимости и биорезорбируемости разработанного брушитового цемента проводилась совместно с ФГУ ЦИТО им. Н.Н.Приорова Росмедтехнологий. Биосовместимость, резорбиру-емость и остеоинтеграция брушитового цемента исследовалась на эксперимен-тальных моделях эктопического остеогенеза и ортотопической имплантации при расположении исследуемого цементного образца во внутримышечном кармане или внутрикостной перфорации в диафизарной части большеберцовой кости. При проведении операции животные наркотизировались ингаляцией паров диэтилового эфира.

При макроскопической визуальной оценке изменений в имплантатах и окружающих тканях при внутримышечной имплантации наблюдаются ярко выраженные признаки биодеградации цемента. Скорость резорбции цемента на основе трикальцийфосфата, обожженного при температуре 900 0С, выше скорости резорбции цемента на основе -трикальцийфосфата, обожженного при температуре 1200 0С. Затвердевший цементный раствор в большинстве случаев инкапсулировался. В отдельных опытах наблюдалось некоторое количество гноя внутри соединительнотканной капсулы, как при использовании цемента на основе -трикальцийфосфата, обожженного при температуре 900 0С, так и цемента на основе -трикальцийфосфата, обожженного при температуре 1200 0С.

Выполнены исследования по предотвращению нагноения путем введения в состав цементного раствора рекомбинантного костного морфогенетического белка rhВМР-2. Введение костного морфогенетического белка осуществлялось путем пропитки образца затвердевшего цементного теста раствором, содержащим белок. Масса белка составляла 0,02-0,05 % от массы цементного раствора.

При модифицировании цементного раствора костным морфогенетическим белком rhВМР-2 через 30 суток после имплантации во внутримышечный карман случаев воспаления и нагноения не было выявлено. Отмечались выраженная биодеградация (рассасывание) цементного блока и ангиогенез в соединительно-тканной капсуле, образованной вокруг цементного камня и прорастающей в его пористую структуру.

При имплантации цементного раствора во внутрикостную перфорацию воспаления и нагноения не выявлено. По результатам макроскопической оценки характерно появление хрящеподобного образования. Различия между поведением в костном дефекте цементов на основе -трикальцийфосфата, обожженного при температурах 900 и 1200 оС, нет. Оба вида цемента демонстрируют высокую биосовместимость и хорошую остеоинтеграцию. Наблюдается плавная, растянутая по времени биодеградация цементных масс. Выход затвердевшего цементного раствора за границу костной перфорации не вызывал воспалительной реакции в окружающих мышечных тканях. Добавление в цементные массы рекомбинантного костного морфогенетического белка rhВМР-2 способствовало образованию значительного ангиогенеза, более быстрому процессу регенерации и, в конечном итоге, более раннему формированию плотной костной мозоли.

Морфологические исследования цемента на основе -трикальцийфосфата, обожженного при температуре 900 0С, содержащего 4 мас.% MgSO4·7H2O и 0,6 мас.% поливинилового спирта, на 7 сутки после операции показали наличие в костном дефекте относительно тонких остеоидных трабекул на поверхности имплантированного материала. К 14 суткам наблюдается формирование остеоида, в котором выявляются остатки частиц имплантированного материала. После 21 суток частицы цемента практически полностью исчезают. К 30 суткам после операции наблюдалось образование новой кости на поверхности конгломератов деградируемого кальцийфосфатного цемента (рис. 4).

цементом, что говорит о хорошей остеоинтеграции. Клеточная реакция на имплантированный материал отсутствовала.

Рис. 4. Гистологический срез биоцемен- разработанных брушитовых цементов и их та, имплантированного в костную ткань высокой биорезорбируемости. Перспективсуток после имплантации) практического применения в области травматологии и ортопедии подтверждена заключением, сделанным ФГУ ЦИТО им. Н.Н.Приорова Росмедтехнологий.

При использовании цементов для заполнения костных дефектов крайне важным является метод контроля протекания процесса биодеградации цементного камня.

Применяемый для этих целей рентгенологический метод исследования может обеспечить визуализацию процесса биорезорбции цемента и образования новой кости, однако малая рентгеноконтрастность затвердевшего брушитового цемента значительно осложняет процесс контроля.

В качестве добавок, повышающих рентгеноконтрастность материалов, в медицине обычно применяются растворимые соли бария и соединения йода: дигидрат хлорида бария (ВаCl2·2H2O), нитрат бария (Ba(NO3)2) или йодсодержащий фармацевтический препарат урографин (76 %-ный водный раствор диатризоата натрия и диатризоата метилглюкамина). Введение данных добавок в состав цементного раствора в концентрациях от 1,5 до 30 мас.% по активному элементу (йоду или барию) повышает рентгеноконтрастность цементного камня в 2 – 6 раз.

Установлено, что соли бария (ВаCl2·2H2O и Ba(NO3)2) отрицательно влияют на свойства биоцемента, уменьшая сроки схватывания и снижая прочность вследствие образования нерастворимых оболочек фосфатов и сульфатов бария на частицах исходных компонентов, что препятствует протеканию процесса гидратации цемента.

При введении солей бария в количестве 7 мас.% прочность цементного камня снижается на 80 %, а сроки схватывания цементного раствора уменьшаются в 2 раза.

В отличие от солей бария урографин незначительно влияет на прочность и сроки схватывания биоцемента: при концентрации 7 – 15 мас.% прочность затвердевшего цемента снижается на 14 – 16 %, а сроки схватывания цементного раствора уменьшаются на 30 – 40 секунд. Применение этой добавки может быть рекомендовано для повышения рентгеноконтрасности материала при рентгенологическом методе контроля процесса биодеградации цементного камня.

1. В системе -Ca3(PO4)2 – Ca(H2PO4)2·H2O определен оптимальный состав кальций-фосфатного цемента, обеспечивающий образование в затвердевшем материале преимущественно дигидрата дикальцийфосфата – брушита СаНРО4·2Н2О. Использование смеси компонентов -Ca3(PO4)2 : Ca(H2PO4)2·H2O в отношении 60 : 40 мол. % препятствует превращению брушита в гидроксилапатит и повышает значение рН твердеющего раствора до физиологически приемлемого значения (рН > 4) при обеспечении высоких прочностных характеристик затвердевшего материала.

2. Научно обоснована и экспериментально подтверждена необходимость использования добавок – замедлителей процесса гидратации и структурообразования для получения инъекционных форм биоцемента. Выявлены закономерности влияния добавок, содержащих ионы SO42- и P2O74-, на сроки схватывания и свойства цемента – пластическую, механическую прочность, рН твердеющего раствора. Показано, что для обеспечения высокой пластичности цементного раствора в течение 3 – 5 минут с момента затворения в состав цемента необходимо вводить 0,6 – 1,6 мас.% (в пересчете на SO42-) водорастворимых сульфатов совместно с 0,3 мас.% Na4P2O7·10H2O; для повышения значения рН твердеющего цемента сульфат-ион необходимо вводить в виде MgSO4·7H2O, а не H2SO4.

3. Установлено, что повышение температуры термообработки -Ca3(PO4)2 с 900 до 1200 оС приводит к уменьшению удельной поверхности материала с 0,846 до 0,217 м2/г по методу БЭТ, что вызывает снижение скорости растворения фосфата кальция и удлинение сроков схватывания цемента. Цементы на основе -Ca3(PO4)2, 1200 оС, позволяют получить инъекционные формы растермообработанного при творов уже при отношении В/Т = 0,32 – 0,35, что приводит к повышению прочностных характеристик затвердевшего материала. Скорость биорезорбции такого цемента снижается в сравнении с цементом на основе -Ca3(PO4)2, термообработанного при 900 оС.

4. Для повышения значения рН твердеющего цемента на основе Ca3(PO4)2, термообработанного при 1200 оС, в состав цемента рекомендуется вводить водорастворимый силикат натрия Na2O·mSiO2·nH2O в количестве до 1,5 масс.%, не оказывающий негативного влияния на свойства цементов.

5. С целью снижения расслаивания, повышения водоудерживающей способности, увеличения адгезии цементного теста к костной ткани в цементный раствор рекомендуется вводить биосовместимые и биодеградируемые полимеры: поливиниловый спирт, гидроксипропилцеллюлозу и природный биополимер – коллаген в количестве соответственно 0,5 – 2,3; 0,3 – 1,5 и 0,1 – 0,4 мас.%; добавки полимеров в указанных концентрациях практически не влияют на физико-механические характеристики биоцементов.

6. Доклиническое исследование разработанного кальцийфосфатного цемента in vivo с использованием экспериментальной модели эктопического остеогенеза и внутрикостной имплантации показало его хорошую тканевую совместимость, биорезорбируемость и остеоинтеграцию. Установлено, что введение в состав цементного раствора рекомбинантного костного морфогенетического белка rhВМР-2 ускоряет биодеградацию затвердевшего цемента, снижает риск возникновения воспалительных реакций, способствует образованию значительного ангиогенеза, более быстрому процессу регенерации костной ткани и раннему формированию плотной костной мозоли.

7. Для повышения рентгеноконтрасности материала при рентгенологическом методе контроля процесса биодеградации цементного камня в состав цементного раствора рекомендуется вводить йодсодержащий фармацевтический препарат урографин в количестве 7 – 15 мас.%; при этом рентгеноконтрастность цементного камня возрастает в 2 – 6 раз без заметного ухудшения свойств биоцемента.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Лукина Ю. С., Свентская Н. В. Биокомпозиционный материал на основе дикальцийфосфата дигидрата // Стекло и керамика. – 2010. – № 11. – С. 8 – 11.

2. Сивков С. П., Лукина Ю. С. Синтез и исследование свойств инъекционных кальцийфосфатных брушитовых цементов // Техника и технология силикатов. Т. 17, №4. – С. 10 – 16.

3. Лукина Ю. С. Кальцийфосфатные биоцементы // Успехи в химии и химической технологии: Сб. науч. тр. ХХ Межд. конф. молодых ученых по химии и хим.техн. – М., 2006. – Т. XX, № 6. – С. 120 – 122.

4. Лукина Ю. С. Влияние пирофосфатных и сульфатных ионов на сроки схватывания брушитового цемента // Химия и химическая технология в XXI веке:

Тез. докл. VIII Всеросс. научно-практ. конф. студентов и аспирантов – Томск, 2007. – С. 54.

5. Лукина Ю. С. Инжекционный кальций-фосфатный цемент для реконструкции костной ткани // Клеточные и нанотехнологии в биологии и медицине: Мат.

Всеросс. научно-практ. конф. – Курган, 2007. – С. 53 – 54.

6. Бартян О. И., Лукина Ю. С. Исследование матриксов на основе брушитового цемента // Успехи в химии и химической технологии: сб. науч. тр. XXI Межд.

конф. молодых ученых по химии и хим. техн. – М., 2007. – Т. XXI, № 7. – С. 29 – 31.

7. Лукина Ю. С. Инжектируемый брушитовый цемент для восстановления дефектов костной ткани // Успехи в химии и химической технологии: Сб. науч. тр.

XXI Межд. конф. молодых ученых по химии и хим. техн. – М., 2007. – Т. XXI, № 7. – С. 66 – 70.

8. Лукина Ю.С. Инъекционный цемент для реконструкции костной ткани на основе дикальцийфосфата дигидрата // Успехи в химии и химической технологии:

Сб. науч. тр XXII Межд. конф. молодых ученых по химии и хим. техн. – М., 2008. – Т.

XXII, № 7. – С. 68 – 72.

9. Лукина Ю. С. Свойства биоцемента на основе дикальцийфосфата дигидрата, модифицированного добавками, повышающими пластичность // Успехи в химии и химической технологии: Сб. науч. тр. XXIII Межд. конф. молодых ученых по химии и хим. техн. - М. – 2009. – Т. XXIII, № 7. – С. 26 – 30.

10. Артюхов А. А., Штильман М. И., Пашкова Л. И., Лукина Ю. С. Композиционные биодеградируемые материалы для регенерации костной ткани // Биоматериалы в медицине: Тез. док. Всеросс. совещ. – М., 2009. – С. 11 – 12.

11. Зайцев В. В., Лукина Ю. С., Лунин В. Г., Карягина А. С., Семихин А. С.

Костные морфогенетические белки (ВМР) на носителе из кальцийфосфатного цемента для регенерации костной ткани // Биоматериалы в медицине: Тез. док. Всеросс. совещ. - М., 2009. – С. 35 – 36.

12. Семихин А. С., Лунин В. Г., Карягина А. С., Зайцев В. В., Лукина Ю. С.

Использование ВМР 2 для создания композиционных препаратов нового поколения // Биоматериалы в медицине: Тез. док. Всеросс. совещ. – М., 2009. – С. 61 – 62.

13. Лукина Ю. С., Берченко Г. Н., Сивков С. П., Гаврюшенко Н. С., Семихин А. С., Лаврова Н. В., Полетаева Н. Н., Зайцев В. В., Карягина А. С., Лунин В. Г. Предварительные данные по разработке резорбируемого кальций-фосфатного цемента на основе брушита, содержащего рекомбинантный костный морфогенетический белок (rhВМР-2) // Применение искусственных кальций-фосфатных биоматериалов в травматологии и ортопедии: Сб. раб. Всеросс. научно-практич. конф. – М. – 2010. – С. 7.

14. Зайцев В. В., Карягина А. С., Лунин В. Г., Семихин А. С., Громов А. В., Лаврова Н. В., Полетаева Н. Н., Галушкина З. М., Лукина Ю. С., Золотухина М. С., Соболева Л. А., Берченко Г. Н., Фрончек Э. В., Еськин Н. А. Экспериментальная оценка остеоиндуктивности имплантатов на основе биологического и синтетического матриксов в качестве носителя и рекомбинантного костного морфогенетического белка (rhВМР-2) // IX съезд травматологов – ортопедов: Тез. докл.: в 3 т. – Саратов, 2010. – Т.1. – С. 1105 – 1106.

15. Лукина Ю. С., Сивков С. П., Зайцев В. В., Громов А. В., Семихин А. С., Карягина А. С., Лунин В. Г. Исследование возможности рентгенологического контроля биодеградации кальцийфосфатного цемента // Новые технологии создания и применения биокерамики в восстановительной медицине: Матер. Всеросс. научно-практ.

конф. – Томск, 2010. – С. 93 – 99.

Издательский центр РХТУ им. Д.И. Менделеева



Похожие работы:

«ПАЩЕНКОВ МИХАИЛ ВЛАДИМИРОВИЧ ИММУНОМОДУЛЯТОРЫ НА ОСНОВЕ МУРАМИЛПЕПТИДОВ И БАКТЕРИАЛЬНОЙ ДНК: ОТ ЭКСПЕРИМЕНТА К КЛИНИКЕ 03.03.03 – Иммунология Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук Москва, 2013 г. Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении Государственный научный центр Институт иммунологии Федерального медико-биологического агентства Научный консультант : Доктор медицинских наук, профессор Пинегин Борис...»

«ТЕРЕХИН Александр Александрович МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОТРЫВА ТУРБУЛЕНТНОГО ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ ПРИ ОБТЕКАНИИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ 05.13.18 – математическое моделирование, численные методы и комплексы программ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук ЧЕЛЯБИНСК – 2009 Работа выполнена на кафедре Двигатели летательных аппаратов Южно-Уральского государственного университета. доктор технических наук, доцент Научный руководитель :...»

«Захарьян Семен Владимирович ИССЛЕДОВАНИЕ СОРБЦИОННЫХ МЕТОДОВ ИЗВЛЕЧЕНИЯ РЕНИЯ ИЗ ПРОМЫВНОЙ КИСЛОТЫ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОЧИСТОГО ПЕРРЕНАТА АММОНИЯ Специальность 05.16.02 — Металлургия черных, цветных и редких металлов Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва — 2012 2 Работа выполнена в ТОО Kazakhmys Smelting (Казахмыс Смэлтинг), г. Балхаш, Республика Казахстан Научный руководитель : Доктор технических наук...»

«Кучина Елена Викторовна СУДЕБНО-МЕДИЦИНСКАЯ ДИАГНОСТИКА ОТРАВЛЕНИЙ НЕКОТОРЫМИ СУРРОГАТАМИ АЛКОГОЛЯ 14.00.24. – судебная медицина Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук Москва 2008 2 Работа выполнена в танатологическом отделе Федерального государственного учреждения Российский центр судебно-медицинской экспертизы Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию. Научный руководитель : доктор медицинских наук, профессор...»

«Быкова Татьяна Васильевна ЖАНРОВО-СТИЛИСТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И СТРУКТУРА ДЕЛОВЫХ ДОКУМЕНТОВ УЧРЕЖДЕНИЙ ПРОСВЕЩЕНИЯ г.ТОБОЛЬСКА ВТОРОЙ ПОЛОВИНЫ XVIII в. Специальность 10.02.01 – Русский язык АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата филологических наук Челябинск – 2012 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Тобольская государственная социально-педагогическая академия им.Д.И....»

«генетики и селекции промышленных микроорганизмов (ФГУП ГосНИИ генетика). Научный руководитель : доктор биологических наук, профессор ФГУП ГосНИИ генетика, г. Москва Носиков Валерий Вячеславович Официальные оппоненты : Доктор биологических наук, профессор ПУШКОВ АЛЕКСАНДР АЛЕКСЕЕВИЧ Институт молекулярной генетики РАН, г. Москва Сломинский...»

«ГРОХОВСКИЙ Сергей Львович СИНТЕЗ АНАЛОГОВ ДИСТАМИЦИНА А И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ДНК (специальность 02.00.10 - Химия природных и физиологически активных веществ) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Работа выполнена в Лаборатории химии белкового синтеза Института молекулярной биологии АН СССР Научные руководители: доктор химических наук Б.П. Готтих кандидат химических наук А.Л. Жузе Официальные оппоненты...»

«Павлова Татьяна Викторовна ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛО- И ВЛАГООБМЕНА НА ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ И В ДЕЯТЕЛЬНОМ СЛОЕ ПОЧВЫ С ПОМОЩЬЮ ГЛОБАЛЬНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ Специальность 25.00.30 – метеорология, климатология и агрометеорология Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Санкт-Петербург 2007 г. 1 Работа выполнена в государственном учреждении Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова Научный руководитель :...»

«УШАКОВ Александр Александрович САМОУРАВНОВЕШЕННЫЕ ПОЛЯ НАПРЯЖЕНИЙ 01.02.04 - механика деформируемого твердого тела Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Владивосток - 2006 Работа выполнена в Дальневосточном государственном техническом университете Научный руководитель : член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук, профессор Гузев Михаил Александрович. Официальные оппоненты : доктор физико-математических наук,...»

«Злобина Мария Владимировна ИЗУЧЕНИЕ РЕМЕДИАЦИОННОГО ПОТЕНЦИАЛА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ, ДИКОРАСТУЩИХ И ДЕКОРАТИВНЫХ РАСТЕНИЙ Специальность 03.02.13 - почвоведение Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук Москва - 2010       Работа выполнена на кафедре геологии и ландшафтоведения ив Испытательном центре почвенно–экологических исследований Научный руководитель : – заслуженный деятель науки РФ, доктор биологических наук, профессор Ганжара...»

«ПЛАКСИН Антон Викторович СОЗДАНИЕ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ШТАМПОВКИ ПОКОВОК ФЛАНЦЕВ ВОРОТНИКОВЫХ НА ОСНОВЕ КОМБИНИРОВАННОЙ СХЕМЫ ДЕФОРМАЦИИ Специальность 05.16.05 – Обработка металлов давлением Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Челябинск 2009 Работа выполнена на кафедре Машины и технологии обработки материалов давлением Южно-Уральского государственного университета Научный руководитель – доктор технических наук, профессор...»

«Верхоглазова Елена Викторовна ДИАГНОСТИКА ГЛИАЛЬНЫХ ОПУХОЛЕЙ МЕТОДАМИ ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Специальность: 03.01.01 - радиобиология Москва - 2012 2 Работа выполнена на кафедре физики ускорителей и радиационной медицины физического факультет МГУ имени М.В. Ломоносова. Научный руководитель : доктор физико-математических наук, профессор Пирогов Юрий Андреевич Официальные оппоненты :...»

«Толстопятенко Мария Анатольевна Инновационное развитие фармацевтической промышленности на основе формирования фарма-медицинских кластеров 08.00.05 - Экономика и управление народным хозяйством Специализация - экономика, организация и управление предприятиями, отраслями, комплексами (промышленность) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук Москва - 2009 Работа выполнена на кафедре промышленного бизнеса ГОУ ВПО Государственный университет...»

«Зиновьева Наталья Алексеевна МИКРОКЛИМАТИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ ПРОВЕДЕНИЯ ЗИМНИХ ОЛИМПИЙСКИХ ИГР СОЧИ-2014 Специальность: 25.00.30 – Метеорология, климатология, агрометеорология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук Санкт-Петербург – 2010 3 Работа выполнена в государственном учреждении Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова Научный руководитель : доктор географических наук Пигольцина Галина Борисовна...»

«РЕПЕТА Лариса Михайловна ФОРМИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ КОМПЕТЕНЦИИ УЧАЩИХСЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УЧРЕЖДЕНИЙ 13.00.01 – общая педагогика, история педагогики и образования АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук Челябинск – 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Челябинский государственный педагогический университет доктор...»

«ПРИЩЕПИН БОРИС ИВАНОВИЧ РАЗРАБОТКА И АПРОБАЦИЯ МОДЕЛЕЙ СИСТЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КВАЛИФИКАЦИИ ПЕРСОНАЛА ЕС ОрВД РФ Специальность – 05.22.13. Навигация и управление воздушным движением АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2005 2 Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования СанктПетербургский государственный университет гражданской авиации на кафедре Организация...»

«МИКЕРИНА АЛЕНА СЕРГЕЕВНА ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ РАЗВИТИЕ ДЕТЕЙ ДОШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА В ИНТЕГРИРОВАННОМ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОМ ПРОЦЕССЕ 13.00.02 – теория и методика обучения и воспитания (дошкольное образование) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук Челябинск – 2013 1 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Челябинский государственный педагогический университет Научный...»

«Волкова Людмила Владимировна ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА КОНТРОЛЯ НАТЯГА БАНДАЖЕЙ ЛОКОМОТИВНЫХ КОЛЕС С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЯВЛЕНИЯ АКУСТОУПРУГОСТИ Специальность: 05.11.13 — Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Ижевск – 2013 Работа выполнена на кафедре Приборы и методы контроля качества ФГБОУ ВПО Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова (ИжГТУ...»

«Варнавский Дмитрий Юрьевич Влияние профессионального опыта на развитие управленческой компетентности руководителя Специальность 19.00.13 – психология развития, акмеология (психологические наук и) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата психологических наук Москва-2013 2 Работа выполнена на кафедре акмеологии и психологии профессиональной деятельности Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального...»

«Пузь Артем Викторович МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ СПЛАВОВ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ 02.00.04 – физическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Владивосток – 2014 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) Научный руководитель : доктор химических наук, профессор Гнеденков Сергей Васильевич Официальные оппоненты :...»








 
2014 www.av.disus.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.