Введение к работе
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 каль-цийфосфатные 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 кальций-фосфатных биоцементов: апатитовые (конечная фаза - гидроксилапатит Саю(Р04)б(ОН)2 или карбонатный апатит), октокальцийфосфатные (конечная фаза -Ca8(HP04)2-(P04V5H20) и брушитовые (конечная фаза - дигидрат дикальцийфосфата или брушит CaHP04-2H20). При физиологических значениях рН брушитовые цементы обладают большей скоростью растворения, чем апатитовые или октокальцийфосфатные, что увеличивает скорость регенерации костной ткани. Недостатками бруши-товых цементов являются короткие сроки схватывания, невысокие значения прочности, низкие значения рН твердеющего раствора, высокая расслаиваемость и водоот-деление 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 Р" 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 мае. % (в пересчете на S04 ") 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 MgSCy7H20, а не H2S04;
выявлена зависимость скорости резорбции затвердевшего цемента от температуры термообработки исходного компонента - Р-трикальцийфосфата и присутствия в составе цемента рекомбинантного костного морфогенетического белка rhBMP-2; установлено, что повышение температуры термообработки Р-Са3(Р04)2 с 900 до 1200 С 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 дикаль-цийфосфата 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 XX, XXI, XXII и XXIII Международных конференциях молодых ученых по химии и химической технологии, Москва, 2006, 2007, 2008 и 2009 гг., VIII Всероссийской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Химия и химическая технология в XXI 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 научно-практической конференции «Применение искусственных кальций-фосфатных биоматериалов в травматологии и ортопедии», Москва, 2010 г., IX съезде травматологов-ортопедов, 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, методи-
ческой части, экспериментальной части, общих выводов, списка литературы, включающего 145 наименований и 1 приложения.
![Аутогемотрансфузия при реконструктивных операциях в плановой ортопедии и травматологии [Электронный ресурс]](/i/i/4434/200720.png "Аутогемотрансфузия при реконструктивных операциях в плановой ортопедии и травматологии [Электронный ресурс] Шаталин Андрей Владимирович")
