Синтез новых минерал-полимерных композитов для

Ñèíòåç íîâûõ ìèíåðàë-ïîëèìåðíûõ êîìïîçèòîâ
äëÿ èìïëàíòîëîãèè è òêàíåâîé èíæåíåðèè
Â.Í.Áàãðàòàøâèëè1, À.È.Âîëîæèí2, À.Ï.Êðàñíîâ3,
Â.Ê.Ïîïîâ1, Ñ.Ì.Õîóäë4
Обобщены результаты работ лаборатории лазерной химии ИПЛИТ РАН по использованию
сверхкритической двуокиси углерода (ск#СО 2 ) как для синтеза новых биоактивных
композитов, так и для экстракции из них токсичных примесей с целью повышения их
биосовместимости, а также формирования требуемой морфологии поверхности и внутренней
структуры. На основе полученных данных разработаны новые методы изготовления
биостабильных и биорезорбируемых пористых минерал#полимерных композитов для
направленной регенерации костных тканей и производства черепно#челюстно#лицевых и
стоматологических имплантатов нового поколения.
Ââåäåíèå
Ðàçðàáîòêà è ñèíòåç íîâûõ ïîëèìåðîâ è ìèíåðàëïîëèìåðíûõ êîìïîçèòîâ äëÿ çàìåíû ïîâðåæäåííûõ
èëè îòñóòñòâóþùèõ ôðàãìåíòîâ ñêåëåòà, íàïðàâëåííîé ðåãåíåðàöèè êîñòíîé òêàíè, à òàêæå èçãîòîâëåíèÿ ìàòðèö äëÿ òêàíåâîé èíæåíåðèè ÿâëÿþòñÿ
â íàñòîÿùåå âðåìÿ îäíèìè èç íàèáîëåå èíòåíñèâíî
ðàçâèâàþùèõñÿ íàïðàâëåíèé áèîìåäèöèíñêîãî
ìàòåðèàëîâåäåíèÿ [1]. Ñîãëàñíî ïðîãíîçó Àìåðèêàíñêîé Àññîöèàöèè Õèðóðãîâ-Îðòîïåäîâ, äîëÿ
èñêóññòâåííûõ çàìåñòèòåëåé êîñòíîé òêàíè íà ðûíêå
îðòîïåäè÷åñêèõ è ÷åëþñòíî-ëèöåâûõ èìïëàíòàòîâ
áóäåò íåóêëîííî óâåëè÷èâàòüñÿ ïî ìåðå ðàçðàáîòêè
è ïîÿâëåíèÿ íà íåì íîâûõ ñèíòåòè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ
ñ ïîñòîÿííî óëó÷øàþùèìèñÿ áèîõèìè÷åñêèìè è
áèîìåõàíè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè. Äåëî â òîì, ÷òî
ïðèìåíåíèå àëëîãðàôòîâ (çà èñêëþ÷åíèåì àóòîãåííîé êîñòè) ñîïðÿæåíî ñ ðèñêîì ïåðåäà÷è ðàç-
1
Èíñòèòóò ïðîáëåì ëàçåðíûõ è èíôîðìàöèîííûõ òåõíîëîãèé
ÐÀÍ, ã. Òðîèöê, Ìîñêîâñêàÿ îáë. Ðîññèÿ.
2
Ìîñêîâñêèé ãîñóäàðñòâåííûé ìåäèêî-ñòîìàòîëîãè÷åñêèé
óíèâåðñèòåò.
3
Èíñòèòóò ýëåìåíòîðãàíè÷å ñêèõ ñîåäèíåíèé ÐÀÍ èì.
À.Í. Íåñìåÿíîâà, Ìîñêâà.
4
Íîòòèíãåìñêèé Óíèâåðñèòåò, Íîòòèíãåì, Âåëèêîáðèòàíèÿ.
ëè÷íûõ âèðóñíûõ çàáîëåâàíèé, âêëþ÷àÿ ãåïàòèò è
ÑÏÈÄ. Êðîìå òîãî, äåôèöèò äàííîãî ìàòåðèàëà
(ñâÿçàííûé, â òîì ÷èñëå è ñ îïðåäåëåííûìè ýòè÷åñêèìè ïðîáëåìàìè) îãðàíè÷èâàåò âîçìîæíîñòü
åãî øèðîêîãî èñïîëüçîâàíèÿ. Êñåíîãðàôòû (êîñòè
æèâîòíûõ), â ñèëó íàëè÷èÿ ïîòåíöèàëüíî àíòèãåííûõ
ñîñòàâëÿþùèõ, òàÿò â ñåáå óãðîçó èììóííûõ ðåàêöèé,
ïðèâîäÿùèõ ê âîñïàëåíèþ îêðóæàþùèõ èìïëàíòàò
òêàíåé è åãî ïîñëåäóþùåìó îòòîðæåíèþ [2]. Êîðàëëû
è ðàçëè÷íûå òèïû áèîàêòèâíûõ êåðàìèê, ïîëó÷àåìûå, êàê ïðàâèëî, ìåòîäîì ñïåêàíèÿ ïîðîøêîîáðàçíûõ ôîñôàòîâ êàëüöèÿ (ãèäðîêñèàïàòèò — ÃÀÏ,
òðèêàëüöèé ôîñôàò — ÒÊÔ è äð.), à òàêæå áèîèíåðòíûå êåðàìè÷åñêèå ìàòåðèàëû è ñòåêëà (Al2O3, TiO2,
ZrO2, SiO2) ÿâëÿþòñÿ ÷åðåñ÷óð òâåðäûìè è íåýëàñòè÷íûìè, ÷òî ïðåïÿòñòâóåò ïðîöåññó èõ èíòåãðàöèè
ñ æèâîé òêàíüþ îðãàíèçìà. Ïîìèìî ýòîãî, â ðÿäå
ñëó÷àåâ òâåðäûå ìèêðî÷àñòèöû, îáðàçóþùèåñÿ â
ïðîöåññå ýêñïëóàòàöèè äàííûõ èìïëàíòàòîâ, ÿâëÿþòñÿ èñòî÷íèêîì ðàçëè÷íûõ âîñïàëèòåëüíûõ
ïðîöåññîâ.
Èìåííî ïîýòîìó, âñå áîëüøèé èíòåðåñ ïðèâëåêàþò ê ñåáå ðàçëè÷íûå ïîëèìåðíûå ìàòåðèàëû è
ìèíåðàë-ïîëèìåðíûå êîìïîçèòû íà èõ îñíîâå, à
òàêæå ìåòîäû èõ îáðàáîòêè ñ öåëüþ ïðîèçâîäñòâà
êàê èíäèâèäóàëüíûõ ýíäîïðîòåçîâ, òàê è ìàòðèö äëÿ
òêàíåâîé èíæåíåðèè.
Ñáîðíèê òðóäîâ ÈÏËÈÒ ÐÀÍ
#%
Ëàçåðû â áèîìåäèöèíå
Ðàçëè÷íûå êîìáèíàöèè ñîâðåìåííûõ áèîòåõíîëîãèé è ôèçèêî-õèìè÷åñêèõ ìåòîäîâ ïîçâîëÿþò
ïîëó÷àòü áèîñòàáèëüíûå è áèîðåñîðáèðóåìûå
ìèíåðàë-ïîëèìåðíûå ïîðèñòûå ìàòðèöû, ñîäåðæàùèå íåîáõîäèìûé íàáîð êîñòåîáðàçóþùèõ êëåòîê
(îñòåîêëàñòû, îñòåîáëàñòû, ôèáðîáëàñòû è äð.),
ìîðôîãåíåòè÷åñêèõ áåëêîâ è ýíçèìîâ, èíèöèèðóþùèõ ðîñò íîâîé êîñòíîé òêàíè è êîíòðîëèðóþùèõ
êàê ñêîðîñòü ýòîãî ïðîöåññà, òàê è ñêîðîñòü áèîðåçîðáöèè (ðàñòâîðåíèÿ) ñèíòåòè÷åñêîé îñíîâû [3]. Òåì
íå ìåíåå, ïðîáëåìà ïîâûøåíèÿ áèîñîâìåñòèìîñòè
è áèîàêòèâíîñòè ìàòåðèàëîâ äàííûõ ìàòðèö â ñî÷åòàíèè ñ äîñòèæåíèåì ôèçèêî-ìåõàíè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê èìïëàíòàòà, òðåáóåìûõ äëÿ åãî óñïåøíîãî
ôóíêöèîíèðîâàíèÿ â óñëîâèÿõ ðåàëüíûõ ìåõàíè÷åñêèõ íàãðóçîê, äî ñèõ ïîð ÿâëÿåòñÿ íåðåøåííîé.
 ïîñëåäíåå äåñÿòèëåòèå íàèáîëüøèé èíòåðåñ êàê
ñ òî÷êè çðåíèÿ ïîëó÷åíèÿ íåîáõîäèìûõ ïðî÷íîñòíûõ
ñâîéñòâ, òàê è îñîáåííî ñ òî÷êè çðåíèÿ ïîâûøåíèÿ
áèîàêòèâíîñòè ìàòåðèàëà èìïëàíòàòà, ïðåäñòàâëÿþò
ìèíåðàë-ïîëèìåðíûå êîìïîçèòû íà îñíîâå ìåëêîäèñïåðñíûõ ôîñôàòîâ êàëüöèÿ – ãèäðîêñèàïàòèòà
(ÃÀÏ) è òðèêàëüöèé ôîñôàòà (ÒÊÔ) [4, 5]. ÃÀÏ
ÿâëÿåòñÿ îñíîâíûì ìèíåðàëüíûì êîìïîíåíòîì
íàòóðàëüíîé êîñòíîé òêàíè. Îí îáðàçóåò ïîðèñòóþ
òðåõìåðíóþ ìàòðèöó, îïðåäåëÿþùóþ âûñîêèå
ôèçèêî-ìåõàíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè êîñòè, áëàãîäàðÿ êîìáèíàöèè ñîáñòâåííîé ïðî÷íîñòè ñ
ýëàñòè÷íîñòüþ êîëëàãåíîâûõ íèòåé, ïðîðàñòàþùèõ
ñêâîçü òàêóþ ìàòðèöó. Ïîìèìî ýòîãî, íàðÿäó ñ
îñòåîêëàñòàìè, îñòåîáëàñòàìè è ýíçèìàìè, ÃÀÏ
íåïîñðåäñòâåííî ó÷àñòâóåò â áèîõèìè÷åñêîì öèêëå
ðåãåíåðàöèè êîñòíîé òêàíè, ïðîäóöèðóÿ íîâóþ
ìèíåðàëèçèðîâàííóþ îñíîâó. Òàêèì îáðàçîì,
ââåäåíèå ÃÀÏ â ñòðóêòóðó ñèíòåòè÷åñêîãî èìïëàíòàòà
ÿâëÿåòñÿ åñòåñòâåííûì ñïîñîáîì óëó÷øåíèÿ åãî
îñòåîèíòåãðàöèîííûõ ñâîéñòâ è îñòåîèíäóêöèîííîé
ñïîñîáíîñòè.
 íàñòîÿùåé ðàáîòå ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû ïî
èñïîëüçîâàíèþ ñâåðõêðèòè÷åñêîé äâóîêèñè óãëåðîäà
(ñê-ÑÎ2) êàê äëÿ ñèíòåçà íîâûõ ìèíåðàë-ïîëèìåðíûõ
êîìïîçèòîâ ñîäåðæàùèõ äî 30 âåñîâûõ ïðîöåíòîâ
ÃÀÏ è/èëè ðàçëè÷íûõ áèîàêòèâíûõ ýíçèìîâ, òàê è
äëÿ ýêñòðàêöèè èç íèõ òîêñè÷íûõ ïðèìåñåé ñ öåëüþ
ïîâûøåíèÿ èõ áèîñîâìåñòèìîñòè, à òàêæå ôîðìèðîâàíèÿ òðåáóåìîé ìîðôîëîãèè ïîâåðõíîñòè è
âíóòðåííåé ñòðóêòóðû. Íà îñíîâå ïîëó÷åííûõ äàííûõ
ðàçðàáîòàíû íîâûå ìåòîäû èçãîòîâëåíèÿ áèîñòàáèëüíûõ è áèîðåçîðáèðóåìûõ ïîðèñòûõ ìèíåðàëïîëèìåðíûõ êîìïîçèòîâ äëÿ íàïðàâëåííîé ðåãåíåðàöèè êîñòíûõ òêàíåé è ïðîèçâîäñòâà ÷åðåïíî÷åëþñòíî-ëèöåâûõ è ñòîìàòîëîãè÷åñêèõ èìïëàíòàòîâ
íîâîãî ïîêîëåíèÿ.
#&
Ìàòåðèàëû è ìåòîäû
Ïðåäëîæåííûé íàìè ïîäõîä ïî ïðèìåíåíèþ ñêÑÎ2 äëÿ ïîëó÷åíèÿ íîâûõ ìèíåðàë-ïîëèìåðíûõ
êîìïîçèòîâ îñíîâàí íà èñïîëüçîâàíèè óíèêàëüíûõ
ñâîéñòâ ñâåðõêðèòè÷åñêèõ ñðåä (ÑÊÑ), ïðåäñòàâëÿþùèõ ñîáîé ñæàòûå ãàçû, íàõîäÿùèåñÿ ïðè
äàâëåíèè è òåìïåðàòóðå ïðåâûøàþùèìè èõ êðèòè÷åñêèå çíà÷åíèÿ [6]. Ñî÷åòàÿ â ñåáå ñâîéñòâà ãàçîâ
âûñîêîãî äàâëåíèÿ (íèçêàÿ âÿçêîñòü, âûñîêèé
êîýôôèöèåíò äèôôóçèè) è æèäêîñòåé (âûñîêàÿ
ðàñòâîðÿþùàÿ ñïîñîáíîñòü), ýêîëîãè÷åñêè ÷èñòûå
ÑÊÑ (íàïðèìåð, ñâåðõêðèòè÷åñêàÿ äâóîêèñü óãëåðîäà) ïîçâîëÿþò ðåàëèçîâàòü ýêñòðàêöèþ ðàçëè÷íûõ
îðãàíè÷åñêèõ è íåîðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé èç
áèîìàòåðèàëîâ, ïîëèìåðîâ è ðàçëè÷íûõ ìèêðîïîðèñòûõ ñòðóêòóð, ñ ñóùåñòâåííî áîëåå âûñîêîé
ýôôåêòèâíîñòüþ, ÷åì ïðè èñïîëüçîâàíèè îáû÷íûõ
ãàçîâ èëè æèäêèõ ðàñòâîðèòåëåé [7, 8]. Êðîìå òîãî,
ÑÊÑ ëåãêî è ïðàêòè÷åñêè áåç îñòàòêà óäàëÿåòñÿ èç
ïîëèìåðà ïîñëå ýêñòðàêöèè ïðîñòûì ñáðîñîì
äàâëåíèÿ íèæå êðèòè÷åñêîãî çíà÷åíèÿ.
 ïðîöåññå âçàèìîäåéñòâèÿ ñ ñê-ÑÎ2, âñëåäñòâèå
ñíèæåíèÿ òåìïåðàòóðû ñòåêëîâàíèÿ Òñò, ïðîèñõîäèò
ïëàñòèôèêàöèÿ øèðîêîãî êëàññà ïîëèìåðíûõ
ìàòåðèàëîâ, ñóùåñòâåííî îáëåã÷àþùàÿ ïðîöåññ
ôîðìèðîâàíèÿ îäíîðîäíî íàïîëíåííûõ ïîëèìåðíûõ
ìàòðèö [9-11]. Ïðè ýòîì îáðàáîòêà ìîæåò ïðîâîäèòüñÿ ïðè òåìïåðàòóðàõ, áëèçêèõ ê êîìíàòíîé (äëÿ
ÑÎ2 Òêð = 31îÑ) áåç ó÷àñòèÿ êàêèõ áû òî íè áûëî
îðãàíè÷åñêèõ ðàñòâîðèòåëåé. Îäíîâðåìåííî ìîæåò
ïðîèñõîäèòü óäàëåíèå òîêñè÷íûõ ñîåäèíåíèé, êàê
ïðàâèëî, âñåãäà ïðèñóòñòâóþùèõ â ïîëèìåðíûõ
ìàòåðèàëàõ (íåïðîðåàãèðîâàâøèå ìîíîìåðû è
íèçêîìîëåêóëÿðíûå îëèãîìåðû, ñëåäû õèìè÷åñêèõ
èíèöèàòîðîâ ïîëèìåðèçàöèè è ò.ä.). Ïîìèìî ýòîãî,
çà ñ÷åò íàáóõàíèÿ (èëè âñïåíèâàíèÿ) ïîëèìåðîâ â ñêÑÎ2 ìîæåò òàêæå ðåàëèçîâûâàòüñÿ êîíòðîëèðóåìîå
ôîðìèðîâàíèå ïîðèñòîé ñòðóêòóðû ïîëèìåðíîé
ìàòðèöû ñ ïîñëåäóþùåé èìïðåãíàöèåé â íåå
ëåêàðñòâåííûõ ïðåïàðàòîâ, ñïîñîáñòâóþùèõ ïîäàâëåíèþ èììóííûõ ðåàêöèé è ñòèìóëèðóþùèõ
ïðîöåññû ðåãåíåðàöèè è ðîñòà íîâûõ òêàíåé.
 êà÷åñòâå áèîñòàáèëüíûõ ïîëèìåðíûõ ìàòðèö
íàìè áûëè âûáðàíû ïîëèàêðèëàòû “Ýòàêðèë-02” è
“Ïðîòàêðèë-̔ (ñîïîëèìåðû ìåòèëìåòàêðèëàòà,
ìåòèëàêðèëàòà è ýòèëìåòàêðèëàòà — ðèñ.1à) ïðîèçâîäñòâà ÀÎ “Còîìà” (ã. Õàðüêîâ, Óêðàèíà), øèðîêî
èñïîëüçóåìûå ñåãîäíÿ â ñòîìàòîëîãèè è ÷åëþñòíîëèöåâîé õèðóðãèè. Áèîðåñîðáèðóåìûå êîìïîçèöèè
èçãîòàâëèâàëèñü íà îñíîâå ÏË (D,L-ïîëèëàêòèä
Medisorb® 100 DL HIGH IV) è ÏËÃ (D,L-ïîëèëàêòîãëèêîëèä Medisorb® 7525 DLHIGH IV) ìîëåêóëÿðíîé
Ñáîðíèê òðóäîâ ÈÏËÈÒ ÐÀÍ
Â.Í.Áàãðàòàøâèëè, À.È.Âîëîæèí è äð. Ñèíòåç íîâûõ ìèíåðàë-ïîëèìåðíûõ êîìïîçèòîâ...
I. Áèîñòàáèëüíûå — Ñîïîëèìåðû ìåòèëìåòàêðèëàòà
(89%), ìåòàêðèëàòà (2%) è ýòèëýòèëìåòàêðèëàòà (8%)
ïëàñòèôèöèðîâàííûå 1% äèáóòèëôòàëàòà (Ýòàêðèë™)
C H3
C H2
H
C H3
C H2 C
C
C O OC H 3 n
C H2 C
C O OC H 3 p
C O O C 2H5 m
II. Áèîðåçîðáèðóåìûå —
D, L-ïîëèëàêòèä (Medisorb®100 DL HIGH IV) è
D, L-ïîëèëàêòîãëèêîëèä (Medisorb®7525 DL HIGH IV)
H
CH
O
O
O
O
CH3
H
D,L – ëàêòèä
H
O
H
O
O
O
H
H
D,L - ãëèêîëèä
III. Áèîàêòèâíûé ìèíåðàëüíûé íàïîëíèòåëü —
Ñèíòåòè÷åñêèé ãèäðîêñèàïàòèò
(Ca 10(PO 4)6(OH) 2)
Ðèñ.1.
Ìàòåðèàëû, èñïîëüçîâàâøèåñÿ â ýêñïåðèìåíòàõ.
ìàññîé Mw=100000-120000 ïðîèçâîäñòâà êîìïàíèè
Alkermes (Áîñòîí, ÌÀ, ÑØÀ) (ðèñ.1á). Ìèíåðàëüíûì
íàïîëíèòåëåì ÿâëÿëñÿ ïîðîøêîîáðàçíûé (ðàçìåð
÷àñòèö ~ 1-2 ìêì) ñèíòåòè÷åñêèé ÃÀÏ (Ñà10(ÐÎ4)6
(OH)2) ïðîèçâîäñòâà ôèðìû “Ïîëèñòîì” (ã. Ìîñêâà).
Áûëè èññëåäîâàíû è ðàçðàáîòàíû äâà îñíîâíûõ
ñïîñîáà ïîëó÷åíèÿ áèîàêòèâíûõ ïîðèñòûõ ìèíåðàëïîëèìåðíûõ êîìïîçèòîâ äëÿ íàïðàâëåííîé ðåãåíåðàöèè êîñòíûõ òêàíåé è ïðîèçâîäñòâà ÷åðåïíî÷åëþñòíî-ëèöåâûõ è ñòîìàòîëîãè÷åñêèõ èìïëàíòàòîâ.
Ïåðâûé ñïîñîá — ïðèìåíåíèå òåõíîëîãèé
çàëèâî÷íûõ êîìïàóíäîâ (äëÿ ïîëèàêðèëàòîâ) èëè
ëèòüåâîãî ïðåññîâàíèÿ (äëÿ ÏË, ÏËÃ) ñ ïîñëåäóþùåé
îáðàáîòêîé â ñê-ÑÎ2.  ñëó÷àå çàëèâî÷íûõ êîìïàóíäîâ ïðåäâàðèòåëüíî èçãîòàâëèâàëè ãèïñîâûå
ôîðìû äëÿ çàëèâêè, èñïîëüçóÿ ýòàëîííûå çàãîòîâêè
èç âîñêà. Ïîëó÷åííûå ãèïñîâûå ôîðìû çàïîëíÿëè
òùàòåëüíî ïåðåìåøàííîé ìàññîé, ñîñòîÿùåé èç
ïîðîøêà (ñîïîëèìåðà), æèäêîñòè (ñìåñè àêðèëîâûõ
ìîíîìåðîâ) è íàïîëíèòåëÿ (ÃÀÏ). Ìàññîâàÿ äîëÿ
ìèêðî÷àñòèö ÃÀÏ ïðè ñìåøåíèè ñ ïîëèìåðíîé îñíîâîé ñîñòàâëÿëà äî 30 âåñ.%. Ïîëèìåðèçàöèÿ ïðîâîäèëàñü ïðè òåìïåðàòóðå 100îÑ â òå÷åíèå 60 ìèíóò.
Äëÿ ðåàëèçàöèè òåõíîëîãèè ëèòüåâîãî ïðåññîâàíèÿ íàìè áûëè ðàçðàáîòàíû è èçãîòîâëåíû
ïðåññ-ôîðìû áåçëèòíèêîâîãî òèïà, ñíàáæåííûå
ñèñòåìîé ðàñïðåññîâêè. Â ñâÿçè ñ âûñîêîé âÿçêîñòüþ
è ïëàñòè÷íîñòüþ áèîðåçîðáèðóåìûõ ïîëèìåðîâ,
èçìåëü÷åíèå ãðàíóë ÏË äî ïîðîøêîîáðàçíîãî
ñîñòîÿíèÿ ïðîâîäèëè â ëàáîðàòîðíîé ìåëüíèöå
óäàðíîãî òèïà (òèïà êîôåìîëêè) ïðè 1500 îá/ìèí â
ñðåäå æèäêîãî àçîòà. Ïðîäîëæèòåëüíîñòü èçìåëü-
Ðèñ.2.
Ñõåìà óñòàíîâêè äëÿ îáðàáîòêè ìèíåðàë-ïîëèìåðíûõ êîìïîçèòîâ ñâåðõêðèòè÷åñêîé ñðåäîé â
ñòàòè÷åñêîì è äèíàìè÷åñêîì ðåæèìàõ.
÷åíèÿ ñîñòàâëÿëà 5 ìèíóò. Ïîëó÷åííûé ìåëêîäèñïåðñíûé ïîðîøîê è ïîðîøîê ÃÀÏ âçâåøèâàëè â
âûáðàííîì ñîîòíîøåíèè (êàê ïðàâèëî, 30 âåñ.%
ïîñëåäíåãî). Ñìåøåíèå êîìïîíåíòîâ ïðîâîäèëîñü â
ïàñòîîáðàçíîì ñîñòîÿíèè â ñðåäå ýòàíîëà â ôàðôîðîâîé ñòóïêå â òå÷åíèå 5 ìèíóò. Ñóøêó êîìïîçèöèè ïðîâîäèëè â âàêóóìíîì øêàôó â òå÷åíèå 6-òè
÷àñîâ ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå.
Äëÿ îïðåäåëåíèÿ ñïîñîáíîñòè èñõîäíûõ ñìåñåé
ÏË/ÃÀÏ è ÏËÃ/ÃÀÏ ê ïåðåðàáîòêå ìåòîäîì
ëèòüåâîãî ïðåññîâàíèÿ ïðåäâàðèòåëüíî áûëè ïðîâåäåíû ïëàñòîìåòðè÷åñêèå èñïûòàíèÿ (îïðåäåëåíèå
òåìïåðàòóð ðàçìÿã÷åíèÿ è òåêó÷åñòè) ÷èñòîãî
ïîëèëàêòèäà è ïîëèëàêòîãëèêîëèäà. Ýòî ïîçâîëèëî
âíåñòè íåîáõîäèìûå êîððåêòèðîâêè â òåõíîëîãèþ
èçãîòîâëåíèÿ îáðàçöîâ èç íàïîëíåííûõ êîìïîçèöèé.
Ïîëó÷åííûå ìèíåðàë-ïîëèìåðíûõ êîìïîçèòû
ïîäâåðãàëèñü îáðàáîòêå ñâåðõêðèòè÷åñêîé äâóîêèñüþ óãëåðîäà, ïðîâîäèâøåéñÿ êàê â ñòàòè÷åñêîì
(îáðàçöû íàõîäèëèñü â êàìåðå âûñîêîãî äàâëåíèÿ
çàïîëíåííîé ñê-ÑÎ2 ïðè äàâëåíèÿõ 80-250 àòì. è
òåìïåðàòóðàõ 35-80îÑ â òå÷åíèå 15-120 ìèí), òàê è â
äèíàìè÷åñêîì ðåæèìàõ (îáðàçöû íàõîäèëèñü â
ðåãóëèðóåìîì ïîòîêå ñê-ÑÎ2) (ðèñ.2).
Ïîâåðõíîñòü è âíóòðåííèå îáëàñòè èñõîäíûõ è
ïîäâåðãíóòûõ ñâåðõêðèòè÷åñêîé îáðàáîòêå îáðàçöîâ,
à òàêæå îáðàçöîâ ïîñëå âîçäåéñòâèÿ êëåòî÷íûõ
êóëüòóð è æèâûõ òêàíåé â ïðîöåññå ïðîâåäåíèÿ
ýêñïåðèìåíòîâ in vivo íà êðûñàõ è êðîëèêàõ èññëåäîâàëèñü ñ ïîìîùüþ îïòè÷åñêîé è ñêàíèðóþùåé
ýëåêòðîííîé ìèêðîñêîïèè (ÑÝÌ).
Õèìè÷åñêîå âçàèìîäåéñòâèå ïîëèìåðíûõ ìàòðèö ñ ìèêðî÷àñòèöàìè ÃÀÏ èññëåäîâàëîñü ìåòîäîì
ÈÊ-ñïåêòðîñêîïèè. Äëÿ àíàëèçà èçìåíåíèé, ïðîõîäÿùèõ â ïîëèìåðíûõ ñèñòåìàõ, èñïîëüçîâàëèñü
ïîëîñû ïîãëîùåíèÿ èõ ôóíêöèîíàëüíûõ ãðóïï â
èíòåðâàëå îò 400 äî 4000 ñì-1.
Ñáîðíèê òðóäîâ ÈÏËÈÒ ÐÀÍ
#'
Ëàçåðû â áèîìåäèöèíå
Àíàëèç õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà ïîâåðõíîñòè è
ñêîëîâ èñõîäíûõ è ìîäèôèöèðîâàííûõ ïîëèìåðíûõ
êîìïîçèöèé ïðîâîäèëñÿ ìåòîäîì ðåíòãåíî-ôîòîýëåêòðîííîé ñïåêòðîñêîïèè (ÐÔÝÑ) ñ ïîìîùüþ
ñïåêòðîìåòðà Õ-SAM-800 ôèðìû “Êðàòîñ”.
Èñïûòàíèÿ îáðàçöîâ íà èçãèá è óäàðíóþ âÿçêîñòü
ïðîâîäèëèñü íà ìàÿòíèêîâîì êîïðå òèïà “Äèíñòàò”
ïî ÃÎÑÒ 17036–71. Òåìïåðàòóðíóþ çàâèñèìîñòü
äåôîðìàöèè ìàòåðèàëîâ ïîä íàãðóçêîé (~5·10-3ÌÏà)
ïðè íàãðåâå ñî ñêîðîñòüþ 5 ãðàä/ìèí ïîëó÷àëè íà
óñòàíîâêå “ÓÈÏ-70-̔ ñ ïëîñêèì èíäèêàòîðîì.
Èçìåðåíèå ìîäóëÿ óïðóãîñòè è ïðåäåëà òåêó÷åñòè
îáðàçöîâ ïðîâîäèëîñü íà ïðåöèçèîííîì ïðèáîðå
îäíîîñíîãî ñæàòèÿ “Ðåëàêñîìåòð” (ðàçðàáîòêà
Èíñòèòóòà êðèñòàëëîãðàôèè ÐÀÍ, ã. Ìîñêâà) ïðè
ñêîðîñòè óâåëè÷åíèÿ íàãðóçêè 0,4 ìì/ìèí.
Ïðîöåññ êîñòíîìîçãîâîãî êðîâåòâîðåíèÿ íà
ïîâåðõíîñòÿõ ðàçëè÷íûõ ïîëèàêðèëîâûõ ìàòåðèàëîâ
èçó÷àëñÿ in vitro ñ èñïîëüçîâàíèåì êîñòíîãî ìîçãà
ìûøåé-ãèáðèäîâ (CBA x C57Bl) F1 ñàìöîâ ìàññîé
18-24 ã. Íà ïîâåðõíîñòü îáðàçöîâ èìïëàíòàòîâ â âèäå
ïëàñòèíîê ðàçìåðîì 0,8×1,5 ñì è òîëùèíîé 1,5 ìì
íàíîñèëè êîñòíûé ìîçã, çàòåì èõ èíêóáèðîâàëè â
òå÷åíèå 30 ìèíóò ïðè òåìïåðàòóðå 37°Ñ, ïåðåíîñèëè
â êóëüòóðàëüíûå ôëàêîíû, ñîäåðæàùèå 3-íåäåëüíûå
äëèòåëüíûå êóëüòóðû êîñòíîãî ìîçãà, è ïîìåùàëè â
òåðìîñòàò äëÿ äàëüíåéøåãî êóëüòèâèðîâàíèÿ. ×åðåç
7, 14, 21 è 28 ñóòîê êóëüòèâèðîâàíèÿ èç ôëàêîíîâ
èçâëåêàëè îáðàçöû èìïëàíòàòîâ è ïðîâîäèëè àíàëèç
îáùåãî ÷èñëà êëåòîê è êëåòî÷íîãî ñîñòàâà àäãåçèðóþùåãî ñëîÿ.
Äëÿ èññëåäîâàíèÿ in vivo ðåàêöèé òêàíåé îðãàíèçìà íà ðàçëè÷íûå òèïû ïîëèìåðíûõ êîìïîçèòîâ
íàìè áûëà ïðîâåäåíà èìïëàíòàöèÿ äàííûõ ìàòåðèàëîâ â ýïèôèç áåäðåííûõ êîñòåé êðûñ è êðîëèêîâ
ñ ïîñëåäóþùèìè ìèêðîñêîïè÷åñêèì è ãèñòîëîãè÷åñêèì àíàëèçàìè. Æèâîòíûõ âûâîäèëè èç îïûòà ïîä
ãåêñåíàëîâûì íàðêîçîì â ñðîêè 15, 30, 60 è 90 ñóòîê
ïîñëå èìïëàíòàöèè. Âûäåëÿëè äèñòàëüíûé ýïèôèç
áåäðà è äî èññëåäîâàíèÿ ôèêñèðîâàëè åãî â 10%
íåéòðàëüíîì ðàñòâîðå ôîðìàëüäåãèäà. Èçó÷åíèå
âçàèìîäåéñòâèÿ ïîâåðõíîñòè èìïëàíòàòà ñ êîñòíûìè
ñòðóêòóðàìè ïðîâîäèëè, àíàëèçèðóÿ ðåëüåô ôðîíòà
ìèíåðàëèçàöèè êîñòíîé òêàíè â ïðèëåæàùèõ ê íåìó
ó÷àñòêàõ. Äëÿ ýòîãî ôèêñèðîâàííûå îáðàçöû äåîðãàíèôèöèðîâàëè â 5% ðàñòâîðå ãèïîõëîðèòà íàòðèÿ.
Ïîñëå òùàòåëüíîé îòìûâêè â äèñòèëëèðîâàííîé âîäå
èõ âûñóøèâàëè íà âîçäóõå, íàïûëÿëè ìåäüþ è
èññëåäîâàëè ñ ïîìîùüþ ñêàíèðóþùåãî ýëåêòðîííîãî ìèêðîñêîïà Philips 515. Äëÿ èçó÷åíèÿ ïåðèîñòàëüíîé ïîâåðõíîñòè êîñòè îáðàçöû ðàñêàëûâàëè
òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû ñêîë ïðîõîäèë ïî ïîâåðõíîñòè
èìïëàíòàòà. Çàòåì ïîñëå óäàëåíèÿ èìïëàíòàòà è
$
íîâîãî íàïûëåíèÿ ìåäüþ íà òåõ æå îáðàçöàõ èçó÷àëè
ðåëüåô ïîâåðõíîñòè êîñòíîãî ëîæà.
Ðåçóëüòàòû è èõ îáñóæäåíèå
Ïîëó÷åííûå ñ ïîìîùüþ ÑÝÌ àíàëèçà ðåçóëüòàòû (ðèñ.3) õîðîøî îòðàæàþò ðàçëè÷èÿ âíóòðåííåé
ñòðóêòóðû ÷èñòîãî ïîëèìåðà è êîìïîçèòîâ íà åãî
îñíîâå, ïðèâîäÿùèå ê ñóùåñòâåííûì îòëè÷èÿì èõ
ïîâåäåíèÿ â ñê-ÑÎ2. Äëÿ âñåõ òèïîâ îáðàçöîâ áûëè
íàéäåíû ðåæèìû è îïðåäåëåíû õàðàêòåðíûå ñêîðîñòè ôîðìèðîâàíèÿ çàäàííîé ìîðôîëîãèè ïîâåðõíîñòè è îáúåìíîé ïîðèñòîñòè êîìïîçèòíûõ ñòðóêòóð
â äèàïàçîíå 100-500 ìêì, íåîáõîäèìûõ äëÿ óñïåøíîé
èíòåãðàöèè ìàòåðèàëà èìïëàíòàòà ñ ðåãåíåðèðóþùåé êîñòíîé òêàíüþ.
Äëÿ êîìïîçèòîâ íà îñíîâå ïîëèàêðèëàòîâ áûëè
ïðîâåäåíû èññëåäîâàíèÿ ïðîöåññà ñâåðõêðèòè÷åñêîé
ýêñòðàêöèè òîêñè÷íûõ ïðèìåñåé (ìîíîìåðû —
ìåòèëìåòàêðèëàò è ýòèëìåòàêðèëàò, èõ äèìåðû,
à
á
Ðèñ.3. Ñêàíèðóþùàÿ ýëåêòðîííàÿ ìèêðîñêîïèÿ ìèíåðàëïîëèìåðíûõ êîìïîçèòîâ äî (à) è ïîñëå (á) îáðàáîòêè
â ñê-ÑÎ2.
Ñáîðíèê òðóäîâ ÈÏËÈÒ ÐÀÍ
Â.Í.Áàãðàòàøâèëè, À.È.Âîëîæèí è äð. Ñèíòåç íîâûõ ìèíåðàë-ïîëèìåðíûõ êîìïîçèòîâ...
30
Ãðóïïà I
Ãðóïïà II
Ãðóïïà III
Êîíöåíòðàöèÿ (Îòí. åä.)
25
20
15
10
5
0
MMA
Ðèñ.4.
ÄÕÝ
ÌÌÀ
Ãèñòîãðàììû çàâèñèìîñòè îòíîñèòåëüíîé êîíöåíòðàöèè ÌÌÀ (ìåòèëìåòàêðèëàòà) è ÄÕÝ (äèõëîðýòàíà) â ÑÊ ýêñòðàêòàõ èç ÝòàêðèëÔ è Ïðîòàêðèë-Ì
ðàçëè÷íîé ñòåïåíè ïîëèìåðèçàöèè (Ãðóïïà I —
íèçêàÿ, Ãðóïïà II — íîðìàëüíàÿ è Ãðóïïà III —
âûñîêàÿ ñòåïåíü ïîëèìåðèçàöèè).
ïëàñòèôèêàòîð äèáóòèëôòàëàò è äèõëîðýòàí), ïðèâîäÿùåé ê ñóùåñòâåííîìó ïîâûøåíèþ áèîñîâìåñòèìîñòè äàííûõ ìàòåðèàëîâ. Èçó÷åíà äåñîðáöèÿ ýòèõ
ïðèìåñåé èç îáðàçöîâ ðàçëè÷íîãî õèìè÷åñêîãî
ñîñòàâà è ñòåïåíè ïîëèìåðèçàöèè âî âðåìåíè ïðè
ðàçëè÷íûõ óñëîâèÿõ ñâåðõêðèòè÷åñêîé îáðàáîòêè
(ðèñ.4).
Êàê óæå îòìå÷àëîñü ðàíåå, îäíîé èç âàæíåéøèõ
çàäà÷ ÿâëÿåòñÿ ïîâûøåíèå ïðî÷íîñòíûõ õàðàêòåðèñòèê ìèíåðàë-ïîëèìåðíûõ êîìïîçèòîâ äëÿ èõ
ýôôåêòèâíîãî èñïîëüçîâàíèÿ â óñëîâèÿõ ðåàëüíûõ
ìåõàíè÷åñêèõ íàãðóçîê. Ñ ýòîé öåëüþ íàìè áûë
ïðîâåäåí öèêë èññëåäîâàíèé ïî ôîðìèðîâàíèþ
õèìè÷åñêèõ ñâÿçåé ìåæäó ìèíåðàëüíûì íàïîëíèòåëåì è ïîëèìåðíîé ìàòðèöåé. Áûëî èçó÷åíî
âëèÿíèå õèìè÷åñêîé ìîäèôèêàöèè ìèêðî÷àñòèö ÃÀÏ
ïîëèìåðíûì êîìïëåêñîì “ïîëèàêðèëîâàÿ êèñëîòà +
ïîëèâèíèëïèððîëèäîí” íà ïðîöåññ ïîëèìåðèçàöèè
àêðèëîâûõ êîìïîçèòîâ [12].
Ýêñïåðèìåíòàëüíî ïîêàçàíî, ÷òî ïðåäâàðèòåëüíàÿ õèìè÷åñêàÿ îáðàáîòêà ÃÀÏ ïîçâîëÿåò
ñóùåñòâåííî óëó÷øèòü ôèçèêî-ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâà (óäàðíàÿ âÿçêîñòü, ïðî÷íîñòü íà èçãèá, ìîäóëü
óïðóãîñòè, ïðåäåë òåêó÷åñòè, òâåðäîñòü è òåìïåðàòóðà
ðàçìÿã÷åíèÿ) áèîàêòèâíûõ êîìïîçèòíûõ ìàòåðèàëîâ
(òàáë.1).
Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèÿ ïðîöåññà êîñòíîìîçãîâîãî êðîâåòâîðåíèÿ íà ïîâåðõíîñòè ðàçëè÷íûõ
ïîëèàêðèëîâûõ ìàòåðèàëîâ äëÿ îöåíêè èõ áèîñîâìåñòèìîñòè è áèîàêòèâíîñòè â äëèòåëüíûõ êóëüòóðàõ
êîñòíîãî ìîçãà ïðèâåäåíû â òàáë.2. Áîëåå èíòåíñèâíûå ïðîöåññû êðîâåòâîðåíèÿ, áûëè îòìå÷åíû íà
ìàòåðèàëàõ, ñîäåðæàùèõ ãèäðîêñèàïàòèò. Óâåëè÷åíèå
îáùåãî ÷èñëà êëåòîê è êðîâåòâîðíîãî îêðóæåíèÿ íà
ïîâåðõíîñòè îáðàçöîâ îáðàáîòàííûõ ñê-ÑÎ2 ñâÿçàíî
ñ óäàëåíèåì èç ïîëèìåðà òîêñè÷åñêèõ âåùåñòâ è
îáðàçîâàíèåì ìèêðîïîð, óâåëè÷èâàþùèõ ïîâåðõíîñòü, íà êîòîðîé ïðîèñõîäèò ðàçâèòèå êëåòîê
êîñòíîãî ìîçãà [13].
Ïðè âæèâëåíèè èìïëàíòàòîâ ïðèçíàêè êîñòíîé
èíòåãðàöèè áûëè âûÿâëåíû ïðè èñïîëüçîâàíèè
èìïëàíòàòîâ èçãîòîâëåííûõ òîëüêî èç ìàòåðèàëîâ,
âêëþ÷àþùèõ ñ ñåáÿ ÃÀÏ (ðèñ.5à).  ïîëèìåðàõ, íå
ñîäåðæàùèõ ÃÀÏ, ïðîÿâëåíèÿ èíòåãðàöèè ïðàêòè÷åñêè îòñóòñòâîâàëè (ðèñ.5á).
ßâëåíèÿ èíòåãðàöèè èìïëàíòàòîâ ñ êîñòíîé
òêàíüþ óñèëèâàëèñü â ïåðèîä ñ 15 äî 60 ñóòîê, êîãäà
êîëè÷åñòâî èíòåãðèðîâàííûõ ñ èìïëàíòàòîì êîñòíûõ
ñòðóêòóð è ïëîùàäü èõ êîíòàêòà ñ ïîâåðõíîñòüþ
èìïëàíòàòîâ çíà÷èìî âîçðàñòàëè (ðèñ.5â).
Ñâåðõêðèòè÷åñêàÿ ýêñòðàêöèÿ òîêñè÷íûõ ïðèìåñåé èç ïîëèàêðèëîâûõ êîìïîçèòîâ ñóùåñòâåííî
óëó÷øàëà èíòåãðàöèþ èìïëàíòàòîâ ñ êîñòíîé òêàíüþ
(ðèñ.5ã).
Òàêèì îáðàçîì, áûëè äîñòèãíóòû äâà âàæíûõ
ïîëîæèòåëüíûõ ýôôåêòà îò õèìè÷åñêîé ìîäèôèêàöèè
ÃÀÏ è îáðàáîòêè èìïëàíòàòîâ â ñê-ÑÎ2 [14]:
1. Áûëè ñíèæåíû èëè âîâñå èñêëþ÷åíû íåãàòèâíûå ðåàêöèè æèâûõ òêàíåé ïåðèèìïëàíòàöèîííîé
çîíû (âîñïàëèòåëüíî-èíôèëüòðàòèâíûå ðåàêöèè,
ðåçîáöèÿ êîñòíîé òêàíè) ïðè äîáàâëåíèå ê ïîëèìåðó
ÃÀÏ;
2. Ïîëó÷åíà ÿâíàÿ èíòåíñèôèêàöèÿ îñòåîèíòåãðàöèîííûõ ïðîöåññîâ â îáëàñòè èìïëàíòàòà, ÷òî
íàøëî ñâîå îòðàæåíèå â ðàñøèðåíèè ïëîùàäè
ïðÿìîãî êîíòàêòà ïîñëåäíåãî ñ êîñòüþ.
Òàáëèöà 1
Влияние химической модификации микрочастиц ГАП комплексом
“полиакриловая кислота (ПАК) + поливинилпирролидон (ПВП)” на физико#механические
свойства биостабильных композитов на основе “Этакрил#02”
¹ Ñîñòàâ êîìïîçèöèè
1
2
3
4
Ýòàêðèë
Ýòàêðèë + (30 âåñ.%) ÃÀÏÈÑÕ
Ýòàêðèë + (30 âåñ.%) ÃÀÏÏÀÊ
Ýòàêðèë + (30 âåñ.%) ÃÀÏÏÀÊ/ÏÂÏ
Ïðî÷íîñòü
íà èçãèá σèçã, ÌÏà
87
46
55
63
Óãîë èçãèáà, σèçã, ÌÏà, ïîñëå
∠°
êèïÿ÷åíèÿ
28
18
21
22
Ñáîðíèê òðóäîâ ÈÏËÈÒ ÐÀÍ
91
42
47
54
Óäàðíàÿ
Òâåðäîñòü, Íâ,
âÿçêîñòü, êÄæ/ì2
ÌÏà
10
2,9
3,5
3,6
10
14
16
17
$
Ëàçåðû â áèîìåäèöèíå
Òàáëèöà 2
Содержание различных клеточных популяций на поверхностях, композиционных
материалов на основе Этакрил, при культивировании в длительных культурах
костного мозга в течение 28 суток
Ñðîêè
èññëåäîâàíèÿ
7-å ñóòêè
14-å ñóòêè
21-å ñóòêè
28-å ñóòêè
Ïîïóëÿöèè êëåòîê
Îáðàçöû èìïëàíòàòîâ
Ýòàêðèë
Ýòàêðèë +
Ýòàêðèë +ÃÀÏ
ÃÀÏ
ïîñëå ÑÊ-ÑÎ2
Ñòðîìàëüíûå:
Ìàêðîôàãè
ðåòèêóëÿðíûå
ôèáðîáëàñòîïîäîáíûå
Êðîâåòâîðíûå:
ìîëîäûå ãðàíóëîöèòû
çðåëûå ãðàíóëîöèòû
Ñòðîìàëüíûå:
Ìàêðîôàãè
ðåòèêóëÿðíûå
ôèáðîáëàñòîïîäîáíûå
Êðîâåòâîðíûå:
ìîëîäûå ãðàíóëîöèòû
çðåëûå ãðàíóëîöèòû
Ñòðîìàëüíûå:
Ìàêðîôàãè
ðåòèêóëÿðíûå
ôèáðîáëàñòîïîäîáíûå
Êðîâåòâîðíûå:
ìîëîäûå ãðàíóëîöèòû
çðåëûå ãðàíóëîöèòû
Ñòðîìàëüíûå:
Ìàêðîôàãè
ðåòèêóëÿðíûå
ôèáðîáëàñòîïîäîáíûå
Êðîâåòâîðíûå:
ìîëîäûå ãðàíóëîöèòû
çðåëûå ãðàíóëîöèòû
11%
2%
9%
—
89%
29%
60%
34%
2%
32%
—
66%
40%
26%
82%
3%
74%
5%
18%
7%
11%
80%
5%
60%
15%
20%
12%
8%
à
15%
2%
13%
—
85%
32%
53%
32%
4%
28%
—
68%
36%
32%
34%
2%
28%
4%
66%
31%
35%
28%
3%
14%
11%
72%
27%
45%
17%
2%
15%
—
83%
30%
53%
19%
1%
18%
—
81%
33%
48%
46%
2%
41%
3%
54%
30%
24%
46%
2%
33%
11%
54%
34%
20%
á
ã
â
Ðèñ.5.
$
ÑÝÌ îáðàçöîâ èç ÷èñòîãî Ýòàêðèëà (a) è Ýòàêðèë/ÃÀÏ êîìïîçèòîâ (á-ã) äî (a-â) è ïîñëå (ã) cê-CO2 îáðàáîòêè ÷åðåç 60
ñóòîê ïîñëå èìïëàíòàöèè.
Ñáîðíèê òðóäîâ ÈÏËÈÒ ÐÀÍ
Â.Í.Áàãðàòàøâèëè, À.È.Âîëîæèí è äð. Ñèíòåç íîâûõ ìèíåðàë-ïîëèìåðíûõ êîìïîçèòîâ...
Âòîðîé, ðàçðàáîòàííûé íàìè, ñïîñîá ïîëó÷åíèÿ
íîâûõ áèîñòàáèëüíûõ è áèîðåçîðáèðóåìûõ ïîðèñòûõ
ìèíåðàë-ïîëèìåðíûõ êîìïîçèòî⠗ ýòî ñèíòåç
îäíîðîäíî íàïîëíåííûõ ÃÀÏ áèîàêòèâíûõ ïîëèàêðèëîâûõ, ïîëèëàêòèäíûõ (ÏË) è ïîëèëàêòîãëèêîëèäíûõ (ÏËÃ) êîìïîçèòîâ íåïîñðåäñòâåííî â ñðåäå
ñâåðõêðèòè÷åñêîé äâóîêèñè óãëåðîäà. Îñíîâíûì
ïðåèìóùåñòâîì äàííîãî ìåòîäà, ïî îòíîøåíèþ ê
îïèñàííîìó âûøå, ÿâëÿåòñÿ ñîâìåùåíèå ïðîöåññîâ
ñèíòåçà, ýêñòðàêöèè òîêñè÷íûõ ïðèìåñåé è ôîðìèðîâàíèÿ ïîðèñòîé ñòðóêòóðû ïîëèìåðíûõ êîìïîçèòîâ â îäíîì òåõíîëîãè÷åñêîì öèêëå è íà îäíîì
îáîðóäîâàíèè.
Ïðè ýòîì, åñëè òðåáóåòñÿ ïîëó÷èòü òîëüêî ñàì
ìàòåðèàë (íàïðèìåð, äëÿ èçãîòîâëåíèÿ áèîñîâìåñòèìûõ ìàòðèö äëÿ òêàíåâîé èíæåíåðèè), òî äîñòàòî÷íî
ïðîñòî çàãðóçèòü â ñâåðõêðèòè÷åñêèé ðåàêòîð
íåîáõîäèìûå êîìïîíåíòû (ìåëêîäèñïåðñíûå ïîðîøêè ïîëèìåðà è íàïîëíèòåëÿ), çàïîëíèòü åãî ñêÑÎ2 è ïðîèçâåñòè èíòåíñèâíîå ïåðåìåøèâàíèå ñ
ïîñëåäóþùèì ðåãóëèðóåìûì ñáðîñîì äàâëåíèÿ (äëÿ
ïîëó÷åíèÿ íåîáõîäèìîé ïîðèñòîñòè). Åñëè æå íóæíî
èçãîòîâèòü èìïëàíòàò çàäàííîé ôîðìû, òî íàäî
ïîìåñòèòü òðåáóåìóþ ïðåññ-ôîðìó, çàïîëíåííóþ
òùàòåëüíî ïåðåìåøàííîé ñìåñüþ èñõîäíûõ ïîðîøêîâ, íåïîñðåäñòâåííî â ðåàêòîð, ëèáî ñîåäèíèòü åå
âõîä ñ âûõîäîì ñèñòåìû èíæåêöèè ïîëèìåðíîãî
êîìïîçèòà. Îáðàçöû ðàçëè÷íûõ ìèíåðàë-ïîëèìåðíûõ
êîìïîçèòîâ ïîëó÷åííûõ äàííûìè ìåòîäàìè ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ.6.
In vitro è in vivo òåñòû ïîðèñòûõ ïîëèìåðíûõ
èìïëàíòàòîâ, ïîëó÷åííûõ íåïîñðåäñòâåííî â ñê-ÑÎ2,
ïðîäåìîíñòðèðîâàëè èõ ñóùåñòâåííîå ïðåèìóùåñòâî (ñ òî÷êè çðåíèÿ ðåàêöèè æèâûõ òêàíåé è
ïðîöåññîâ îñòåîèíòåãðàöèè è ðåãåíåðàöèè) ïî
ñðàâíåíèþ ñ ìîíîëèòíûìè îáðàçöàìè, èçãîòîâëåííûìè òðàäèöèîííûìè ìåòîäàìè. Êàê è â ñëó÷àå,
îïèñàííîì ðàíåå, ýòî ñâÿçàíî ñ âûñîêîé ÷èñòîòîé
ìàòåðèàëà (âñëåäñòâèå ýêñòðàêöèè òîêñè÷íûõ
ïðèìåñåé) è áîëåå ïðèáëèæåííîé ê ðåàëüíîé êîñòíîé
òêàíè ìîðôîëîãèåé åãî ïîâåðõíîñòè è âíóòðåííåé
ñòðóêòóðîé. Êðîìå òîãî, ïðÿìîé ñèíòåç èìïëàíòàòà
â ñê-ÑÎ2 (â îòëè÷èå îò ëèòüåâîé òåõíîëîãèè) íå
ïîäâåðãàåò ïîëèìåð âîçäåéñòâèþ âûñîêîé òåìïåðàòóðû è ìåõàíè÷åñêèì ïåðòóðáàöèÿì, ïðèâîäÿùèì
ê óìåíüøåíèþ åãî ìîëåêóëÿðíîé ìàññû Ìw, óøè-
D,L-ïîëèëàêòèä+30%ÃÀÏ
à
Ðèñ.6.
Ýòàêðèë™+50%ÃÀÏ
Îáðàçöû ðàçëè÷íûõ ìèíåðàë-ïîëèìåðíûõ êîìïîçèòîâ ïîëó÷åííûõ ìåòîäîì ïðÿìîãî ñèíòåçà â ñê-ÑÎ2.
Ðèñ.7.
á
Èìïëàíòàò èç ÏîëèÃàï ñ áèîìîäåëüþ (à) è åãî
èñïîëüçîâàíèå â îïåðàöèè ïî çàìåùåíèþ äåôåêòà
íèæíåé ÷åëþñòè (á).
Ñáîðíèê òðóäîâ ÈÏËÈÒ ÐÀÍ
$!
Ëàçåðû â áèîìåäèöèíå
Ðèñ.8.
à
á
â
ã
Èìïëàíòàòû èç ïîðèñòûõ áèîðåçîðáèðóåìûõ ìèíåðàë-ïîëèìåðíûõ êîìïîçèòîâ ñèíòåçèðîâàííûå â ñê-ÑÎ2. à —
èìïëàíòàòû äëÿ ïëàñòèêè äíà ãàéìîðîâîé ïàçóõè, á — ìèêðîñòðóêòóðà èìïëàíòàòîâ ïðåäñòàâëåííûõ íà Ðèñ.8.à, ⠗
èìïëàíòàòû äëÿ çàìåùåíèÿ äåôåêòîâ íèæíåé ÷åëþñòè è ïðåññ-ôîðìà äëÿ èõ èçãîòîâëåíèÿ (ã).
ðåíèþ åãî ìîëåêóëÿðíî-ìàññîâîãî ðàñïðåäåëåíèÿ
Ìn è, êàê ñëåäñòâèå, óñêîðåíèþ è íå ïðåäñêàçóåìîñòè
ïðîöåññà åãî äåãðàäàöèè â æèâîé òêàíè.
Äàííûé ìåòîä ïîçâîëÿåò òàêæå ïîëó÷àòü ïîëèìåðíûå êîìïîçèòû, îäíîðîäíî íàïîëíåííûå áèîàêòèâíûìè ýíçèìàìè, òàêèìè êàê, íàïðèìåð, êàòàëàçà
èëè ðèáîíóêëåàçà [9]. Îòëè÷èòåëüíîé îñîáåííîñòüþ
è áåçóñëîâíûì ïðåèìóùåñòâîì ðàçðàáîòàííîé
òåõíîëîãèè ïî ñðàâíåíèþ ñóùåñòâóþùèìè ñïîñîáàìè ïðèãîòîâëåíèÿ àíàëîãè÷íûõ ñèñòåì ÿâëÿåòñÿ âûñîêàÿ ñòåïåíü áèîëîãè÷åñêîé àêòèâíîñòè ýíçèìîâ
ïîñëå îáðàáîòêè â ñê-ÑÎ2 ïðè ïîëíîì îòñóòñòâèè
ñëåäîâ, êàêèõ áû òî íè áûëî îðãàíè÷åñêèõ ðàñòâîðèòåëåé.
Âàæíî îòìåòèòü, ÷òî ðàçðàáîòàííûå ìåòîäû
ñèíòåçà íîâûõ áèîàêòèâíûõ ìèíåðàë-ïîëèìåðíûõ
$"
êîìïîçèòîâ ïîçâîëÿþò ïðîèçâîäèòü èìïëàíòàòû
íîâîãî ïîêîëåíèÿ, êîòîðûå óæå ñåãîäíÿ ëèáî
ïðîõîäÿò êëèíè÷åñêèå èñïûòàíèÿ â ðÿäå ìîñêîâñêèõ
êëèíèê (áèîñòàáèëüíûé ïîëèàêðèëîâûé êîìïîçèò
“ÏîëèÃÀϔ [15], ðèñ.7), ëèáî íàõîäÿòñÿ â ñòàäèè
ñåðòèôèêàöèè äëÿ ïîëó÷åíèÿ ðàçðåøåíèÿ Ìèíèñòåðñòâà Çäðàâîîõðàíåíèÿ ÐÔ íà èõ êëèíè÷åñêèå
èñïûòàíèÿ (áèîðåçîðáèðóåìûå êîìïîçèòû íà îñíîâå
ÏË è ÏËÃ, ðèñ.8).
Çàêëþ÷åíèå
Ïðåäëîæåíû è ðàçðàáîòàíû íîâûå ìåòîäû
èçãîòîâëåíèÿ áèîàêòèâíûõ áèîñòàáèëüíûõ è áèîðåñîðáèðóåìûõ ïîðèñòûõ ìèíåðàë-ïîëèìåðíûõ
êîìïîçèòîâ äëÿ íàïðàâëåííîé ðåãåíåðàöèè êîñòíûõ
Ñáîðíèê òðóäîâ ÈÏËÈÒ ÐÀÍ
Â.Í.Áàãðàòàøâèëè, À.È.Âîëîæèí è äð. Ñèíòåç íîâûõ ìèíåðàë-ïîëèìåðíûõ êîìïîçèòîâ...
òêàíåé, ïðîèçâîäñòâà ÷åðåïíî-÷åëþñòíî-ëèöåâûõ
èìïëàíòàòîâ íîâîãî ïîêîëåíèÿ è ìàòðèö äëÿ òêàíåâîé
èíæåíåðèè.
Öåííîñòü ïîëó÷åííûõ íà ñåãîäíÿøíèé äåíü
ïðåäâàðèòåëüíûõ ðåçóëüòàòîâ ïî èñïîëüçîâàíèþ
äàííûõ èìïëàíòàòîâ â ÷åðåïíî-÷åëþñòíî-ëèöåâîé
õèðóðãèè è ñòîìàòîëîãèè îïðåäåëÿåòñÿ óìåíüøåíèåì âåðîÿòíîñòè âîñïàëåíèé, èììóííûõ ðåàêöèé
è îòäàëåííûõ íåáëàãîïðèÿòíûõ ïîñëåäñòâèé ïðè
èìïëàíòàöèÿõ, ñîêðàùåíèåì ÷èñëà ïðîòèâîïîêàçàíèé äëÿ ïðîâåäåíèÿ ýòèõ îïåðàöèé, óñêîðåíèåì
ïðîöåññà èíòåãðàöèè (ñðàñòàíèÿ) èìïëàíòàòà ñ
êîñòíîé òêàíüþ, ñîêðàùåíèåì ñðîêîâ ôèçèîëîãè÷åñêîé è ïñèõîëîãè÷åñêîé ðåàáèëèòàöèè ïàöèåíòîâ
è ïîâûøåíèåì êà÷åñòâà èõ æèçíè.
Àâòîðû âûðàæàþò ñâîþ áëàãîäàðíîñòü
Å.Í.Àíòîíîâó, Î.Â.Àôîíè÷åâîé, À.À.Äîêòîðîâó,
Ë.È.Êðîòîâîé, Ñ.È.Öûïèíîé, Ã.Â.Ìèøàêîâó,
Ê.Ì.Øåéêøåôôó è Ì.Äæ.Âèòàêåðó çà ïîìîùü â
âûïîëíåíèè äàííîé ðàáîòû, à òàêæå ïðèçíàòåëüíîñòü çà ôèíàíñîâóþ ïîääåðæêó ôîíäàì The
Wellcome Trust (Âåëèêîáðèòàíèÿ), Ìåæäóíàðîäíîìó
Íàó÷íî-Òåõíè÷åñêîìó Öåíòðó è Ðîññèéñêîìó Ôîíäó
Ôóíäàìåíòàëüíûõ Èññëåäîâàíèé.
Ëèòåðàòóðà
1. Patrick Jr. CW., Mikos A.G., McIntire L.V. Frontiers in
Tissue Engineering, Elsevier Science, New York, USA,
1998.
2. Hollinger J.O., Brekke J., Gruskin E., Lee D. Clinical
Orthopaedics and Related Research, ¹324, p.55-65, 1996.
3. Petite H. Medical Science, v.17, p.128-130, 2001.
4. Saito M., Maruoka A., Mori T., Sugano N., Hino K.
Biomaterials, v.15, p.156-159, 1994.
5. Huang J., Di Silvio L., Wang M., Tanner K.E., Bonfield W.
J.Mater.Sci.: Mater.Medicine, v.8, p.775-779, 1997.
6. McHugh M., Krukonis V.J. Supercritical fluid extraction,
2nd Edn., Butterworth Heinemann, Boston, MA, USA,
1994.
7. Popov V.K., Antonov E.N., Bagratashvili V.N., Sukhanov
Yu.P., Volozhin A.I., Shechter A.B., Howdle S.M., Jones
D.. Medical & Biological Engineering & Computing, V.35,
Part I, p.606, 1997.
8. Âîëîæèí À.È., Êàðàêîâ À.Ã., Ñóõàíîâ Þ.Ï., Øåõòåð À.Á.,
Ïîïîâ Â.Ê., Àíòîíîâ Å.Í., Êàððîòò M. Ñòîìàòîëîãèÿ,
ò.77, ¹4, c.4-8, 1998.
9. Howdle S.M., Watson M.S., Whitaker M.J., Popov V.K.,
Davies M.C., Mandel F.S., Wang J.D., Shakesheff K.M.
Chem.Commun., p.109-110, 2001.
10. Âîëîæèí À.È., Òîïîëüíèöêèé Î.Ç., Ïîïîâ Â.Ê.,
Ðîãèíñêèé Â.Â., Ìàòâåé÷óê È.Â., Äîêòîðîâ À.À.,
Êðàñíîâ À.Ï., Áèðþêáàåâ Ò.Ò. Íîâîå â ñòîìàòîëîãèè,
¹3, ñ.32-40, 1999.
11. Howdle S.M., Mandel F.S., Wang J.D., Popov V.K..
Ceramic Transactions, V.107, p.97-104, 2000.
12. Krasnov A.P., Afonicheva O.V., Popov V.K., Volozhin A.I..
Int.J.Polym. Mater., v.53, ¹1, p.1-10, 2004.
13. Âîëîæèí À.È., Ëåáåäåâ Â.Ã., Ïîïîâ Â.Ê., Ðîãèíñêèé
Â.Â.. Äåøåâîé Þ.Á.. Ïàòîôèçèîëîãè÷åñêàÿ ôèçèîëîãèÿ
è ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ òåðàïèÿ, ¹ 2, ñ.17-19, 2001.
14. Âîëîæèí À.È., Áèðþêáàåâ Ò.Ò., Äîêòîðîâ À.À.,
Êðàñíîâ À.Ï., Â.Ê.Ïîïîâ, Ðîãèíñêèé Â.Â. Ðîññèéñêèé
Ñòîìàòîëîãè÷åñêèé Æóðíàë, ò.4, p.4-8, 2001.
15. Òîïîëüíèöêèé Î.Ç., Óëüÿíîâ Ñ.À., Äüÿêîâà Ñ.Â.,
Ðîãèíñêèé Â.Â., Âîëîæèí À.È., Øîðñòîâ ß.Â., Ïîïîâ
Â.Ê., Êðàñíîâ À.Ï., Èâàíîâ À.Ë. Â ñá. Ìîñêîâñêèé
öåíòð äåòñêîé ÷åëþñòíî-ëèöåâîé õèðóðãèè: 10 ëåò —
ðåçóëüòàòû, èòîãè, âûâîäû. (ïîä ðåä. Â.Â.Ðîãèíñêîãî).
Ì.: Äåòñòîìèçäàò, ñ.349-362, 2002.
Ñáîðíèê òðóäîâ ÈÏËÈÒ ÐÀÍ
$#